Vier börsennotierte Unternehmen haben ihren Hauptsitz in Jena: Jenoptik AG, Carl Zeiss Meditec AG, Intershop AG und die DEWB AG. Analytik Jena hat sich 2015 von der Börse zurückgezogen. Das Kombinat VEB Jenapharm suchte nach der Wende einen Käufer und fand ihn in der Gehe AG. Später wurde der Betrieb durch die Schering AG übernommen. Das Unternehmen hat sich als Marktführer im Bereich der oralen Kontrazeptiva in Deutschland etabliert und gehört heute zur Bayer Pharma AG. Eine ganze Reihe pharmazeutischer Institute und Unternehmen haben sich im Umfeld angesiedelt. Wacker Chemie AG und Schott Solar gründeten ein Gemeinschaftsunternehmen, das am 16. April 2008 ein Werk zur Herstellung von Silizium-Wafern für die Solarindustrie in Betrieb nahm. Nach dem Rückzug von Wacker Ende September 2009 beschäftigte SCHOTT Solar etwa 350 Mitarbeiter an dem Standort. Ende März 2012 wurde die Waferproduktion in Jena eingestellt.

Im Rahmen der BioRegio-Initiative mit dem Konzept „Bioinstrumente“ wurden zahlreiche Biotechnologieunternehmen gegründet. Unternehmen dieser Branche, die ihren Hauptsitz in Jena haben, sind Analytik Jena und CyBio. Biolitec hat seinen Hauptsitz nach Wien verlegt. Seit der Übernahme von Clondiag 2006 ist der Medizintechnikkonzern Alere in der Stadt vertreten. Die WACKER Biotech GmbH produziert therapeutische Proteine mit biotechnologischen Verfahren. Sie wurde 1999 unter dem Namen ProThera GmbH als Ableger des Hans-Knöll-Instituts in Jena gegründet und ist seit 2005 eine vollständige Tochter der Wacker Chemie AG. Die Deutsche Effecten- und Wechsel-Beteiligungsgesellschaft AG (kurz: DEWB), eine ehemalige Tochtergesellschaft der Jenoptik AG, die sich auf die Finanzierung und Entwicklung junger Unternehmen auf dem Gebiet der optischen Technologien und der Sensorik spezialisierte, hat ihren Hauptsitz in Jena. Die Sparkasse Jena-Saale-Holzland ist das größte Finanzunternehmen mit Sitz in der Stadt. Jena gilt als eines der Zentren im Bereich des Elektronischen Handels in Deutschland. Intershop entwickelte sich seit Mitte der 1990er Jahre als einer der Vorreiter in der Entwicklung von Onlineshops. Nach dem Platzen der Dotcom-Blase verlor das Unternehmen jedoch wesentlich an Wert. Neben Internetagenturen sind weitere Unternehmen wie T-Systems Multimedia Solutions, ESET und Demandware in der Stadt vertreten.

Im Bereich Sicherheitstechnik hat der US-amerikanische Cross-Match-Technologies-Konzern seit der Übernahme der britischen Smiths Heimann Biometrics-Gruppe (SHB) im August 2005 eine Zweigstelle in Jena. Zudem ist Jena wichtiger Standort der Rüstungsindustrie, die sich vor allem im Bereich der optischen Betriebe etabliert hat. Schon vor 1990 war Carl Zeiss Jena in diesem Bereich tätig. Zeiss produziert Zielgeräte und andere militärische Ausrüstungsgegenstände. Jena-Optronik, eine EADS/Astrium-Tochter, die bis 2010 zu Jenoptik gehörte, entwickelt Sensoren für Satelliten und Sonden sowie Instrumente zur Erdbeobachtung und Erkundung des Weltalls. Unter dem Dach der Holding Stadtwerke Jena GmbH sind mehrere kommunale Betriebe angesiedelt. Strom-, Gas- und Fernwärmeversorgung sowie weitere Dienstleistungen stellen die Stadtwerke Energie Jena-Pößneck GmbH bereit. Den Straßenbahn- und Busverkehr innerhalb der Stadt betreibt die Jenaer Nahverkehr GmbH. Mehrere Bäder werden von der Jenaer Bäder und Freizeit GmbH betrieben. Der größte Wohnungsanbieter in Jena und Blankenhain mit etwa 14.000 Wohneinheiten, die Jenawohnen GmbH (zuvor SWV GmbH), gehört ebenfalls zum Verbund.