Будучи родом из кинематографической семьи, она не могла не пойти по стопам родителей, хотя и выбрала несколько иное направление развития в индустрии. Мэгги предпочитает роли во вдумчивом, серьёзном кино, хотя не чурается и комедийного жанра, а недавняя номинация на «Оскар» уже обязывает относиться к ней как к выдающейся актрисе.
Мэгги Джилленхол родилась 16 ноября 1977 года в Нью-Йорке, но выросла в Лос-Анджелесе. Её отец — кинорежиссёр Стефен Джилленхол, мать – известная сценаристка и продюсер Наоми Фонер. Неудивительно, что с такими родителями Мэгги выбрала карьеру актрисы. Её младший брат Джейк Джилленхол также стал актёром.
На экране Мэгги дебютировала в 15 лет, с небольшой ролью в фильме своего отца «Водная страна» (1992), а затем сыграла ещё в пяти его лентах подряд, причём дважды – вместе со своим братом Джейком. Параллельно Мэгги получала высшее образование, закончив в 1999-м Колумбийский университет со степенью бакалавра по английской словесности. Также она непродолжительное время училась в Королевской академии драматических искусств в Лондоне.
Первые успехи в карьере Джилленхол пришлись на начало 2000-х. Фантастический триллер «Донни Дарко» (2001), где Мэгги вновь играла вместе с братом, исполнившим главную роль, несмотря на скромные кассовые сборы, был очень тепло встречен критикой и претендовал на Гран-при фестиваля независимого кино Санденс. На том же фестивале была представлена и сатирическая трагикомедия «Секретарша» (2001), в которой Мэгги исполнила уже полноценную главную роль. Лента получила специальный приз «За оригинальность», а сама актриса была номинирована на «Золотой глобус» за лучшую женскую роль.
Затем Джилленхолл сыграла небольшие, но важные для профессионального роста роли в оскароносной драме «Адаптация» (2002) с Николасом Кейджем и режиссёрском дебюте Джорджа Клуни «Признания опасного человека» (2002), получившем приз Берлинского кинофестиваля. Нельзя не отметить и её работу в мелодраме «Улыбка Моны Лизы» (2003) с Джулией Робертс в главной роли.
Следующим заметным успехом Мэгги стала главная роль в драме «Малышка Шерри» (2006), где она сыграла вышедшую из тюрьмы бывшую наркоманку, которая пытается восстановить отношения со своей дочерью. За эту работу актриса вновь номинировалась на «Золотой глобус». В октябре того же 2006-м года Мэгги сама стала матерью, родив от актёра Питера Сарсгаарда дочь Рамону.
Уже через полгода после родов Джилленхол вернулась к работе, получив роль подруги Бэтмена в сверхуспешном блокбастере Кристофера Нолана «Тёмный рыцарь» (2008). А в 2009-м актрису ожидало новое крупное достижение в «серьёзном» кино. Малобюджетная лента «Сумасшедшее сердце» о спивающемся кантри-певце и проявившей к нему участие журналистке, принесла «Оскар» исполнителю главной роли Джеффу Бриджесу, тогда как Мэгги была впервые в карьере номинирована на эту премию в категории «лучшая женская роль второго плана». Также в 2009-м году актриса и её бойфренд Питер Сарсгаард узаконили свои отношения.