Gillian Anderson è nata il 9 Agosto del 1968 a Chicago, ma è vissuta durante l'infanzia prima a Porto Rico e poi a Londra. Fin da bambina si appassiona alla recitazione e al teatro; tornata con la famiglia negli Stati Uniti frequenta la City High School di Gran Rapids nel Michigan (dove si fa notare per il suo carattere ribelle) e in seguito la Theatre School della DePaul University di Chicago.
Per la maggior parte del pubblico, sopratutto quello televisivo, è identificata con il personaggio di Dana Scully, agente speciale FBI in coppia con il visionario Fox Mulder (David Duchovny), della serie fantascientifica X-Files ideata nel 1993 da Chris Carter e divenuta un vero e proprio fenomeno di culto. Nel 1994 Gillian si sposa con lo scenografo della serie tv, Clyde Klotz, con cui ha avuto la figlia Piper Mauro (da cui deriva il titolo di un episodio di X-Files), anche se la coppia si separerà nel 1997. La popolarità della Anderson è cresciuta esponenzialmente nel corso delle nove stagioni del serial, che hanno incollato i telespettatori, ansiosi di conoscere gli sviluppi della relazione tra Mulder e Scully (si è vociferato anche di un possibile flirt tra i due attori, che è stato sempre smentito). In questo periodo l'attrice viene anche considerata un'icona sexy, tanto da comparire nel 1996 nella lista delle 100 donne più affascinanti secondo la rivista FHM.
La Anderson, assieme a Duchovny, prosegue anche su grande schermo le avventure degli agenti FBI del paranormale con X-Files - Il film del 1998 e X-Files - Voglio crederci del 2008, che però hanno riscosso un limitato successo.
Al tempo stesso Gillian cerca anche di far evolvere la sua carriera, tentando di allontanarsi dal personaggio che le ha conferito la fama iniziale. Il suo accento britannico la rende ideale per opere drammatiche e adattamenti letterari e teatrali, come Basta Guardare il Cielo, Scherzi nel cuore, e La Casa della Gioa.
Dopo essersi fidanzata con l'attore Rodney Rowland Gillian è nuovamente convolata a nozze nel 2005 con il documentarista Julian Ozanne, da cui però si è separata appena un anno dopo per frequentare Mark Griffiths.
Nel frattempo ha partecipato all'inusuale trasposizione Tristram Shandy: A Cock and Bull Story di Michael Winterbottom, alla miniserie della BBC The Bleak House, tratta dal romanzo di Charles Dickens, e ha ottenuto un ruolo secondario nel premiato affresco L'ultimo re di Scozia di Kevin Macdonald.
In seguito la Anderson ha preso parte a un'altra miniserie britannica, Any Human Heart, e si è distinta anche in alcuni ruoli brillanti, partecipando alle commedie british Star System - Se non ci sei non esisti con Simon Pegg, e al sequel Johnny English - La rinascita, con Rowan Atkinson.
2007 Candidatura Miglior attrice (Miniserie o film per la tv) per Bleak House
1999 Candidatura Miglior attrice (Serie TV - Dramma) per X-Files
1998 Candidatura Miglior attrice (Serie TV - Dramma) per X-Files
1997 Premio Miglior attrice (Serie TV - Dramma) per X-Files
1996 Candidatura Miglior attrice (Serie TV - Dramma) per X-Files
2001 Candidatura Miglior attrice in una serie tv (drammatica) per X-Files
2000 Candidatura Miglior attrice in una serie tv (drammatica) per X-Files
1999 Candidatura Miglior attrice in una serie tv (drammatica) per X-Files
1998 Candidatura Miglior attrice in una serie tv (drammatica) per X-Files
1997 Premio Miglior attrice in una serie tv (drammatica) per X-Files
2023 Recitazione
2018 Recitazione
2017 Recitazione
2017 Recitazione
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