Gillian Anderson nació el 9 de agosto en Chicago, poco después de su nacimiento su familia se trasladó a Puerto Rico, donde vivió durante 15 meses, más tarde irían a Crouch End y finalmente a Londres. Cuando tenía 11 años la familia se mudó a Grans Rapids en Michigan, donde empezó a actuar en obras escolares y en el teatro de la comunidad. Se graduó en la Universidad DePaul, en Chicago, donde consiguió el título en Fine Arts.

Cuando tenía 22 años se fue a probar suerte a Nueva York, donde estuvo actuando en varias obras de teatro, aunque estas no le reportaban mucho dinero por lo que tuvo que trabajar como camarera para hacer frente a todos los gastos.

En 1992 se trasladó a Los Angeles y se pasó un año entero haciendo audiciones. Cuando llegó a la ciudad Gillian estaba segura de que no quería hacer televisión, aunque fue cambiando de opinión ya que eran los únicos papeles que le salían. Participó en varias series, no muy conocidas, pero poco a poco se fue logrando un nombre y un futuro en la industria.

Gracias a la aparición que tuvo en una de las series le enviaron el guión de Expediente-X con lo que se convirtió en Dana Scully, personaje con el que ganó varios premios, como un Emmy y un Globo de Oro. Mientras trabajaba en Expediente-X no dejaban de lloverle contratos para hacer películas.

En cuanto a su vida personal, Gillian Anderson conoció al que fue su primer marido, Clyde Klotz, mientras rodaban la serie, ya que él era asistente del director. Un año después de su boda nació su primera hija a quien le pusieron de nombre Piper Maru, y así llamaron después a un capítulo de la serie. Después de 10 años de matrimonio se divorció de su marido y se fue a Londres a vivir. En diciembre de 2004 se casa con su segundo marido, un director de documentales. 16 meses más tarde anuncian su separación y en noviembre de 2006, ella y su novio tuvieron un niño llamado Oscar.

Anderson es vegetariana y una activista convencida del PETA. También trabaja con varias organizaciones con el fin de ayudar a la gente. Ayuda a la organización inglesa de enfermos de Fibromatosis, ya que su hermano sufre esta enfermedad y quiere hacer todo lo posible por él y personas que tienen los mismos problemas.