Travolta muutti 16-vuotiaana New Yorkiin aloittaakseen näyttelijän uran. Hän näytteli kiertävässä teatteriseurueessa, joka esitti Grease-musikaalia. Hän sai myös rooleja Broadwaylla. Vinnie Barbarinon rooli television draamasarjassa Terve taas, Kotter (1975–1979) teki Travoltasta nopeasti hyvin suositun Yhdysvalloissa.

Travoltan ensimmäinen merkittävä elokuvarooli oli Stephen Kingin romaaniin perustuvassa kauhuelokuvassa Carrie (1976). Läpimurtonsa hän teki Tony Maneron roolissa diskoelokuvassa Saturday Night Fever – lauantai-illan huumaa (1977). Travolta sai roolisuorituksestaan Oscar-ehdokkuuden. Vuonna 1978 Travolta saavutti lisää menestystä esittämällä Danny Zukoa Greasen elokuvasovituksessa. Travolta levytti myös pop-albumeja, kuten Can’t Let Go, John Travolta ja Travolta Fever, joista hitiksi nousi single ”Let Her In”.

Greasen jälkeen Travoltan ura alkoi hiipua, ja hänen seuraavien vuosien elokuvansa eivät saaneet paljonkaan arvostusta. 1990-luvun alussa Travoltan ura oli aallonpohjassa.

Travoltan ura lähti uuteen nousuun, kun ohjaaja Quentin Tarantino otti hänet Vinnie Vegan rooliin elokuvassa Pulp Fiction – Tarinoita väkivallasta (1994). Travolta sai roolisuorituksestaan paljon arvostusta ja toisen Oscar-ehdokkuutensa. Seuraavina vuosina hän alkoi jälleen saada rahakkaita roolitarjouksia. Rooli elokuvassa Get Shorty – hyvä pätkä (1996) toi hänelle Golden Globe -palkinnon. Travoltan muita menestysrooleja noilta ajoilta olivat muun muassa FBI-agentin rooli elokuvassa Face/Off – kahdet kasvot (1997), poliitikon rooli elokuvassa Päävärit (1998), hakkerijohtajan rooli elokuvassa Salasana: Swordfish (2001) ja äidin rooli elokuvassa Hairspray (2007).

Vuonna 2016 Travolta näytteli rikossarjassa The People v. O.J. Simpson: American Crime Story, josta hän sai parhaan miessivuosan Emmy-ehdokkuuden. Vuonna 2018 hän esitti pääroolia elokuvassa Gotti – viimeinen kummisetä, joka sai nuivat arvostelut, mutta Travoltan roolisuoritusta kehuttiin.