Мэгги Рут Джилленхол родилась 16 ноября 1977 года в богемной семье. Отец - известный режиссер Стивен Джилленхол, мать - сценарист и продюсер Наоми Фонер. Неудивительно, что оба ребенка Джилленхолов - Мэгги и Джейк - с детства снимались в кино у своего отца. Джилленхолы жили в Лос-Анджелесе. Мэгги ходила в среднюю школу при Гарвардском университете и в 15 лет дебютировала в ленте своего отца «Водная страна» (1992). Затем Мэгги снялась еще в пяти фильмах родителя вместе с братом Джейком Джилленхолом.
После окончания школы Мэгги уехала в Нью-Йорк, поступила в Колумбийский университет, где изучала английскую литературу и увлеклась театром. Девушка играла на Бродвее в театре Беркли Репертори в спектаклях «Буря», «Антоний и Клеопатра», «Проект Баттерфляй». Параллельно Мэгги начала самостоятельную карьеру в кино. И довольно быстро вышла из тени своих известных родителей. В 2001 году Мэгги сыграла в культовом фильме «Донни Дарко», где ее брат Джейк Джилленхол исполнил главную роль. Большой успех пришел к актрисе в 25 лет, когда на экраны вышла комедия «Секретарша» (2002). За главную роль в этом фильме актриса была номинирована на престижную премию «Золотой глобус», премию канала «MTV» и получила множество других наград. В этом же году Мэгги стала встречаться с будущим мужем, актером Питером Сарсгаардом.
В 2002-ом Мэгги также появилась в оскароносной драме «Адаптация» с Николасом Кейджем и в фильме Джорджа Клуни «Признания опасного человека», получившего приз Берлинского кинофестиваля. Востребованность Мэгги резко возросла. Мэгги сыграла в мелодраме «Улыбка Моны Лизы» (2003) с Джулией Робертс, в фильме Оливера Стоуна «Башни-близнецы», посвященном трагедии 11 сентября, и еще в нескольких успешных картинах. За роль бывшей наркоманки, вышедшей из тюрьмы и пытающейся восстановить отношения с дочерью, в драме «Малышка Шерри» (2006) Мэгги вновь была номинирована на «Золотой глобус». В этом же году Джилленхол стала матерью и в жизни - родила от Сарсгаарда дочь Рамону.
Впрочем, рождение первенца не помешало Мэгги уже через полгода получить главную женскую роль в блокбастере Кристофера Нолана «Темный рыцарь». Джилленхол досталась роль возлюбленной Бэтмана Рейчел Доус, которую в первом фильме Нолана «Бэтман. Начало» (2005) неудачно сыграла Кэти Холмс. Работа Холмс настолько не понравилась продюсерам, что те решили не продлевать ее контракт. 30-летняя Мэгги достойно справилась с образом подруги Бэтмана.
После успешного проката звезда «Темного рыцаря» не пренебрегала съемками в малобюджетных фильмах. Так, роль журналистки, проявившей участие к спивающемуся певцу, в драме «Сумасшедшее сердце» (2009) принесла 32-летней актрисе номинацию на премию «Оскар».
2 мая 2009 года Мэгги обручилась с Питером. А чуть позже сыграла одну из главных ролей в семейной комедии «Моя ужасная няня 2” (2010). В 2011 году героиня Джилленхол рассказала зрителям историю изобретения вибратора в фильме «Без истерики!». 2012-й год отмечен для 34-летней актрисы рождением второй дочери, Глории Рэй Сарсгаард, и четырьмя премьерами (драма «Обучение полетам», документальная лента «Bam150”, теледрама “Поправки», триллер «Голос из камня»). Мэгги поддерживает связь с братом Джейком Джилленхолом, который тоже стал успешным и очень известным киноактером.