Han ble cand.scient. i 1986 ved Mineralogisk-Geologisk museum, Universitetet i Oslo, og dr.scient. ved Institutt for geologi samme sted. Etter doktorgraden kunne han med et Odd Hassel-stipend ta et lengre studieopphold i Bristol. Professor ble han i 1993 og fra 2006 ledet han (PGP), ett av landets første Senter for fremragende forskning. I 1996 ble han innvalgt i Det Norske Videnskaps-Akademi og fra 2001 har han vært medlem i Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab. Han utga i 2009 en studie som påviste at andelen administrasjon ved europeiske universiteter vokste med størrelsen, og vant året etter Fridtjof Nansens belønning for fremragende forskning. I 2012 ble han første nordmann som ble utnevnt til Geochemical Fellow av Geochemical Society og European Association of Geochemistry for å ha gitt viktige bidrag til geokjemien. I 2012 ble han tildelt Norges forskningsråds pris for fremragende forskning og i 2014 mottok han en forskningspris fra Alexander von Humboldt stiftelsen i Tyskland (Humboldt Forschungspreis). Jamtveit mottok i 2015 et 'Advanced grant' fra det Europeiske Forskningsrådet (ERC) for å arbeide med prosjektet 'Disequilibrium metamorphism of stressed lithosphere'. Fra 2021 har han vært Prodekan med ansvar for forskningen ved Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet ved Universitetet i Oslo.