Im April 1606 wurde „Jan Davidsz. van Antwerpen" in Utrecht als Sohn des Musikers David van Antwerpen und Hillegont Teunisdr. aus Leiden geboren. Der Beiname „van Antwerpen" verdeutlicht die Herkunft der Familie aus der Stadt an der Schelde. Mit seiner Familie, die sich zum katholischen Glauben bekannte, zog der Maler 1625 nach Leiden, wo er sich den Beinamen „De Heem" zulegte. Am 12. November 1626 bestellten De Heem und Aletta (Aeltgen) van Weede aus Utrecht das Aufgebot. Nach der Geburt der Söhne David Jansz. und Cornelis Jansz. 1628 und 1631 siedelte De Heem im folgenden Jahr nach Antwerpen über, wo er 1635/36 in die St. Lukasgilde eintrat und ein Jahr später, am 28. August 1637, das Bürgerrecht erhielt. Am 29. März 1643 starb seine Frau. Bereits im folgenden Jahr heiratete De Heem die aus Antwerpen stammende Anna Ruckers. Obgleich die Scheldestadt seine Heimat blieb, lebte der Maler über längere Zeit in Utrecht. Ein Dokument von 1669 benennt den 24. Juni 1667 als Datum des Umzugs, zudem wird er 1669 als Mitglied der Utrechter Malergilde genannt. Am 12. Juli 1669 besuchte Cosimo III. de' Medici De Heem in Utrecht und erwarb ein Früchtestilleben. Den letzten, mehrjährigen Aufenthalt zwischen 1665 und 1672 beendete der Einmarsch französischer Truppen. De Heem ging nach Antwerpen zurück, wo er 1683/84 verstarb. Am 26. April 1684 erhielt die Antwerpener St. Lukasgilde seine Sterbeabgabe. Das von Houbraken überlieferte Todesdatum 1674 beruht wohl auf einem Irrtum.
Jan Davidsz. de Heem zählt zu den bedeutendsten niederländischen Stillebenmalern des 17. Jahrhunderts. Sowohl in Utrecht als auch in Antwerpen lebend, verband er in seinen Schöpfungen jeweils charakteristische Merkmale der beiden Stillebentraditionen. Sein künstlerisches Spektrum reicht von den frühen Bücherstilleben bis zu kostbaren Blumenstücken. Besonders einflussreich waren seine Prunkstilleben, in denen er Impulse der flämischen Küchenstücke in der Tradition von Frans Snyders verarbeitete. Zu den wenigen dokumentierten Schülern De Heems zählen seine Söhne Cornelis aus erster und Jan Jansz. de Heem aus zweiter Ehe. Mit dem aus Frankfurt am Main stammenden und in Utrecht ansässigen Stillebenmaler Abraham Mignon arbeitete De Heem wiederholt zusammen.