Будущая звезда «Секретных материалов» Джиллиан Андерсон родилась в Чикаго в семье компьютерного аналитика и владельца компании, занимавшейся постпродакшеном фильмов. До 11 лет она вместе с родителями кочевала по странам и успела пожить в Пуэрто-Рико и Лондоне.
После возвращения в Америку Андерсон стала объектом насмешек одноклассников из-за ярко выраженного британского акцента. Окружающим также не нравился ее вспыльчивый характер, необычный цвет волос и проколотый нос, за что девочка получила прозвище «оторва».
В средней школе Андерсон впервые приняла участие в постановке детского театра и навсегда влюбилась в сцену. Однако родители не верили, что их дочь сможет добиться успехов в качестве актрисы и препятствовали ее поступлению в театральное училище. Из-за скандалов с семьей девушка убегала из дома, а после окончания школы поступила на актерский факультет Чикагского университета. Успешно его окончив, для развития актерской карьеры она переехала в Нью-Йорк.
В первое время работая официанткой, Андерсон находила время для театральной деятельности и почти каждый день безуспешно посещала всевозможные кинопробы.
Устав от непостоянного заработка, девушка решила переехать в Лос-Анджелес, где, по ее мнению, было больше шансов найти работу в фильмах и телепроектах. Почти сразу она получила несколько небольших ролей в низкобюджетных лентах.
Ключевым моментом для карьеры Андерсон стало ее попадание в молодежный сериал «Класс '96» от компании Fox Network. Благодаря этому проекту 24-летнюю актрису заметили создатели «Секретных материалов», что превратило ее в настоящую звезду и признанного секс-символа эпохи. В 1997 году Андерсон получила «Золотой глобус» за лучшую женскую роль на ТВ.
Во время съемок в «Классе '96» Андерсон познакомилась с создателем «Секретных материалов», продюсером Крисом Картером. Несмотря на пирсинг, нетривиальную прическу и «недостаточную сексуальность» он разглядел в ней героиню Даны Скалли.
«Она выглядела как уличный мальчишка. Но она была серьезна, убедительна и невероятно хороша для роли спецагента», — говорил Картер позднее.
Он проникся Андресон настолько, что поставил коллегам по сериалу условие: либо роль достается ей, либо он сам прекратит работу над проектом. Продюсеры фильма пошли Картеру навстречу, попросив Андерсон кардинально изменить имидж.
Сериал, в котором бессменным партнером актрисы стал Дэвид Духовны, впервые был показан на телеэкранах еще в 1993 году. В 2002 году его решили закрыть из-за сильного падения рейтингов. При этом спустя 13 лет Fox отреагировал на многочисленные просьбы фанатов и решил возродить проект, выпустив еще два сезона — 10-й и 11-й.
Планировалась к выходу и 12-я часть эпопеи, однако летом прошлого года назад создатели официально заявили, что этого не случится. Причем одной из причин стал отказ от проекта со стороны Андерсон, подчеркнувшей, что «не хочет быть месяцами привязанной к чему-то одному».
Одной из причин такого решения артистки называют ее недовольство гонораром: еще по ходу съемок она неоднократно критиковала менеджмент «Секретных материалов» за излишнюю «предрасположенность» к актерам-мужчинам, которым якобы платили значительно больше.
Помимо культового сериала она сыграла в таких больших фильмах, как «Последний король Шотландии», «Тайный игрок» и «Желание мести». Кроме того, Андерсон добилась признания как театральная актриса в Лондоне.
В январе 2019 года вышел сериал «Половое воспитание» с ее участием. В нем Андерсон исполнила роль сексолога Джин Милберн, которой приходится бороться с пубертатом своего 16-летнего сына. В то время как все вокруг говорят о сексе, парень боится даже представить, что это такое и испытывает паническую атаку при первой близости.
Актриса дважды была замужем, но в настоящее время не состоит в браке и самостоятельно воспитывает двух сыновей и дочь. Она также активно занимается благотворительностью, защищая права животных и оказывая поддержку фондам, занимающимся борьбой с нейрофиброматозом.