Maggie Gyllenhaal lahir dengan nama Margalit Ruth Gyllenhaal pada 16 November 1977 di New York City. Ia adalah putri dari produser dan penulis skenario Naomi Foner serta sutradara Stephen Gyllenhaal. Kakaknya, Jake Gyllenhaal, juga terkenal di dunia seni peran.

Ia berasal dari keturunan Yahudi Ashkenazi di pihak ibu dan Swedia, Inggris, serta Jerman dari pihak ayah. Maggie memulai karier filmnya sejak Waterland (1992) dan sempat mengambil istirahat untuk kuliah di Columbia University, meraih gelar di bidang sastra pada 1999. Ia juga belajar singkat di Royal Academy of Dramatic Arts di London untuk memperkuat kemampuan aktingnya.

Setelah lulus, Maggie membintangi beberapa film seperti Cecil B. Demented (2000) dan Donnie Darko (2001). Terobosan besar datang saat ia membintangi Secretary (2002), yang membuatnya mendapatkan nominasi Golden Globe. Ia lalu terus membintangi film seperti 40 Days and 40 Nights, Confessions of a Dangerous Mind, dan Adaptation.

Pada 2006, Maggie mendapatkan nominasi Golden Globe kedua lewat perannya di Sherrybaby. Ia juga tampil di film terkenal seperti World Trade Center, Stranger Than Fiction, dan The Dark Knight. Pada 2009, ia meraih pujian untuk perannya di Crazy Heart yang meraih nominasi Oscar. Sejak saat itu, ia terus aktif tampil di berbagai film termasuk Nanny McPhee and the Big Bang dan Hysteria.