Gillian Anderson nació en Chicago el 9 de agosto de 1968. Vivió en Puerto Rico y Londres durante 9 años, mientras su padre iba a una escuela de cinematografía.

A la edad de 11 años se mudó a Michigan, donde asistió a la Fountain Elementary. Despues de graduarse en la City High en 1986, se mudó a Chicago y asistió a la Escuela de Teatro Goodman en la Universidad de DePaul. Allí realizó la mayor parte de su preparación artística y se trasladó a Nueva York.

El primer reconocimiento como actriz fue por su actuación en el éxito de Broadway Alan Ayckhoumes's "Absent Friends" en el Manhattan Theater Club, por el cual ganó el Theater World Award.

Gillian se trasladó a Los Angeles en 1991 para realizar el casting para el papel de Dana Scully en la serie de televisión X-Files (Expediente X). Despues de obtener el papel Dana se fua a vivir a North Vancuver, Canada, donde se rodaba la serie. Precisamente, es allí donde Gillian Anderson vive actualmnete, junto a su esposo y su hija.

Gillian se casó con Errol Clyde Klotz, director de arte de Expediente X, en 1994. La boda tuvo lugar en hoyo 17 de un club de golf en Hawaii, presidida por un ministro budista.