凯伦·吉兰出生于苏格兰因弗内斯的音乐家庭,是家里的独生女,7岁时开始学习钢琴,并从小就对表演产生了兴趣,还参加过当地的剧团。16岁时,她和家人搬到了爱丁堡生活,并在大学时期就加入了经纪公司,成为一名模特。18岁时,凯伦·吉兰前往伦敦发展,并在意大利康迪剧场艺术学院戏剧学院进修表演。
凯伦·吉兰2006年,在戏剧学院进修的凯伦·吉兰参演了个人首部电视剧《探长雷布思第三季》。2008年,凯伦·吉兰在科幻电视剧《神秘博士第四季》中饰演了一个占卜者,这是她首次出演该电视剧；同年,她成为了英国第四台的电视喜剧节目《凯文·毕晓普秀》的常驻演员,饰演过凯蒂·佩里,安吉丽娜·朱莉等公众人物。2009年,与乔·伍德考克合作拍摄了BBC的恐怖短篇故事集《TheWell》。2010年,参演科幻电视剧《神秘博士第五季》,在剧中饰演第十一任博士的女性搭档AmyPond,凯伦·吉兰因此被观众熟知；她其后又在《神秘博士第六季》《神秘博士第七季》等系列作品中饰演了该角色；凯伦·吉兰则凭借《神秘博士》获得了第17届英国国家电视奖最佳剧情类剧集表演-女演员奖；同年,其主演的个人首部《放逐之城》上映。2011年,在伦敦西区的DonmarWarehouse演出了由约翰·奥斯本创作的戏剧《InadmissibleEvidence》。2012年,主演BBC的传记体电视电影《征服曼哈顿》,饰演英国名模简·诗琳普顿。2013年,她先是担任了喜剧短剧《反恐也疯狂第三季》常驻演员；随后,其主演的低成本爱情电影《再见完美结局》上映,她在片中饰演了一位漂亮但性格古怪的作家；11月,为一个非盈利组织演出了百老汇戏剧《TimetoAct》。星云2014年,与布伦顿·思韦茨,凯缇·萨克霍夫联合主演的恐怖电影《鬼遮眼》上映；随后,在“漫威电影宇宙”的第十部电影《银河护卫队》中首次饰演灭霸干女儿星云；8月9日,在悬疑剧《矢在弦上第三季》中饰演性感的新兵Newblood；8月22日,与吉尔·奥·唐奈尔合作拍摄的爱情短片《BoundforGreatness》上映；9月,与约翰·赵搭档主演爱情喜剧电视剧《再造淑女》,饰演疯狂,自恋的网络社交控伊莉莎·杜丽。2015年3月,凭借《鬼遮眼》《银河护卫队》两部影片获得第20届英国帝国电影奖最佳新人女演员奖；随后,担任了剧情短片《Coward》的导演,编剧以及监制,该片是她的导演处女作；7月,出演伪纪录片形式电视电影《七日地狱》；同年,执导,创作并主演短片《恐怖短片：第一部》；此外,与克里斯蒂安·贝尔,史蒂夫·卡瑞尔,瑞恩·高斯林联合主演了剧情片《大空头》。2016年,出演由缇·威斯特执导的西部动作电影《暴力山谷》。2017年,与艾玛·沃特森,汤姆·汉克斯,约翰·波耶加共同主演的科幻惊悚片《圆圈》上映,凯伦·吉兰饰演活在紧张当中,整天歇斯底里的安妮；随后,与克里斯·帕拉特,佐伊·索尔达娜,戴夫·巴蒂斯塔等人合作主演科幻动作电影《银河护卫队2》,第二次饰演星云；同年,与道恩·强森,杰克·布莱克,凯文·哈特搭档主演冒险电影《勇敢者游戏：决战丛林》。《勇敢者游戏》造型2018年,与小罗伯特·唐尼,克里斯·埃文斯,克里斯·海姆斯沃斯等人共同出演科幻电影《复仇者联盟3：无限战争》,她饰演的星云最后与“钢铁侠”托尼·史塔克被困在了泰坦星；5月,与詹妮弗·莫里森,派屈克·福吉特合作拍摄的喜剧爱情电影《清单》上映；同年,执导,编剧并主演喜剧电影《派对才刚开始》,该片是她执导的首部电影。2019年2月,确认自导自演恐怖短片《TheHoarding》；3月,其参演的动作喜剧电影《优步危机》在美国西南偏南电影节首映,该片由迈克尔·道斯执导；随后,在科幻电影《复仇者联盟4：终局之战》中饰演关键角色星云,她导致了灭霸从2014年穿越时空,从而引发终局之战,她凭借该片入围第45届土星奖最佳女配角；5月,与大卫·达斯马齐连搭档主演的剧情电影《众生之下》上映；；12月,其主演的冒险电影《勇敢者游戏2：再战巅峰》上映；同年,与威尔·史密斯,汤姆·赫兰德共同为动画电影《变身特工》配音,担任视频分析专家“千里眼”的声优。2020年,与哈里森·福特,丹·史蒂文斯联合主演的真人与CGI动画相结合的冒险片《野性的呼唤》上映,该片改编自杰克·伦敦的同名小说。11月,主演动作片《火药奶昔》定档2021年上映。2021年,主演漫威新片《银河护卫队3》；参演电视剧《骇人来电》。2022年1月22日,参演的电影《双重躯体》在圣丹斯电影节上映。3月,贾德·阿帕图的最新力作《气泡剧组》曝光了全新的预告片。在预告中,一个剧组于疫情期间开机拍摄,发生了无数的爆笑故事。演员方面,凯伦·吉兰等出演,阿帕图和帕姆·布雷迪编剧。按照计划,影片将会在今年的4月1日上线网飞。同年,参演的《雷神4：爱与雷霆》上映；11月25日,主演的《银河护卫队：圣诞特别篇》在Disney+上线。
凯伦·吉兰的父亲是一名歌手兼录音艺人。她的表妹也是一名演员,并在电视剧《神秘博士》中饰演过小时候的AmyPond。
2011年4月,凯伦·吉兰为“2011FashionTargets乳癌基金”拍摄了宣传海报。2017年8月,飓风哈维登陆美国德克萨斯州,逾600万人受灾；9月1日,凯伦·吉兰与《复仇者联盟3》剧组聚到一起,录制了一段公益募捐视频,呼吁大家给受灾群众做捐赠。