Gillian Anderson Chicago, Illinois'de bilgisayar analisti Rosemary Alyce (Lane) ve film post prodüksiyon şirketi sahibi Homer Edward Anderson III'ün çocuğu olarak dünyaya geldi. Gillian kariyerine lisedeyken amatör bir aktör grubunun üyesi olarak başladı. Tiyatroya olan sevgisi onu 1987 yılında New York, Ithaca'daki Cornell Üniversitesi'nde düzenlenen Büyük Britanya Ulusal Tiyatrosu Yaz Oyunculuk Programı'na götürdü. Birkaç hafta boyunca Peter Chelsom, Bardy Thomas ve Michael Joyce gibi NT'nin önde gelen isimleriyle çalıştı. Anderson daha sonra Chicago, Illinois'deki DePaul Üniversitesi'ne bağlı Goodman Tiyatro Okulu'na dönerek eğitimini tamamladı. Büyük çıkışını Gizli Dosyalar'da (1993) Dana Scully rolüyle yaptı. Orada müstakbel kocasıyla (Clyde Klotz) tanıştı ve 1 Ocak 1994'te evlendi. Bir ay sonra Gillian hamileydi. Kızı Piper Anderson-Klotz 25 Eylül 1994'te dünyaya geldi. Film kariyeri 1997 yılında The Turning (1992) filmiyle başladı ve ertesi yıl Sean Connery, Ellen Burstyn, Angelina Jolie ve Dennis Quaid ile birlikte Playing by Heart (1998) filminde rol aldı.