Elle fait des études supérieures à l'Université du Kansas qu'elle poursuit à l'Université Northwestern, où elle obtient une maîtrise en journalisme. Elle désire devenir reporter d'affaires criminelles, mais comprenant qu'elle n'a guère les qualités pour cet emploi, elle travaille plutôt comme critique littéraire au magazine américain Entertainment Weekly durant une dizaine d'années. Au cours de cette période, elle épouse Brett Nolan dont elle a un fils.
Sa carrière littéraire s'amorce en 2006 avec la publication d'un premier thriller intitulé Sur ma peau (Sharp Objects). Son troisième roman, Les Apparences (Gone Girl), une immersion dans l'intimité d'un couple de New-Yorkais partis s'installer dans le Missouri, lui vaut une reconnaissance internationale. Toutefois, à la parution du roman, certains critiques accusent Gillian Flynn d'être misogyne en raison des descriptions peu flatteuses dont sont souvent affublés les personnages féminins de ses livres. L'auteur a répondu à ces commentaires en déclarant qu'elle estime que l'idée de mettre une {{Citation}} sur ses récits empêche d'admettre que les femmes peuvent être aussi bonnes que méchantes, voire égoïstes.