Ambientada em Miami, a série Jane a virgem detalha os acontecimentos inesperados da vida de Jane Gloriana Villanueva, uma jovem religiosa de origem venezuelana. Apesar de Jane pretender preservar a sua virgindade até o casamento, ela engravida em uma consulta ginecológica após uma médica a inseminar acidentalmente. Para piorar a situação, Jane descobre que o dono do sêmen é Rafael Solano, dono do hotel em que ela trabalha, casado e sua antiga paixão adolescente.
Durante sua gravidez, Jane precisa tomar decisões sobre seu futuro profissional e a perspectiva assustadora de ter que escolher entre o pai do seu bebê ou seu namorado detetive, Michael. Ao longo da série, seus problemas mudam à medida que seu filho cresce e sua carreira de escritora avança. Os seus familiares também desenvolvem tramas independentes, incluindo questões sobre imigração, problemas de saúde e lições de autodescoberta.