Maggie Gyllenhaal lors de la {{66e}} cérémonie des Golden Globes en 2009. Monique Curnen]], Michael Caine, Aaron Eckhart, Maggie Gyllenhaal et Christian Bale. Margaret Ruth Gyllenhaal est la fille du réalisateur Stephen Gyllenhaal et de la scénariste Naomi Foner Gyllenhaal. Elle est la sœur de l'acteur Jake Gyllenhaal. Elle grandit à Los Angeles et étudie au lycée Harvard-Westlake dont elle sort diplômée en 1995. Elle intègre ensuite l'université Columbia de New York, où elle étudie la littérature. Elle obtient son diplôme en 1999. Elle part ensuite étudier à la Royal Academy of Dramatic Art de Londres.
Elle joue ses premiers rôles dans les films réalisés par son père : Waterland (1992), Une femme dangereuse (1993) et L'Héritage de Malcolm (1998). Par la suite, elle tient quelques seconds rôles, notamment aux côtés de son frère dans Donnie Darko en 2001.
Son interprétation dans La Secrétaire (Secretary) lui vaut d'excellentes critiques et une nomination aux Golden Globes. Elle enchaîne les rôles dans Adaptation, Casa de los babys de John Sayles et Le Sourire de Mona Lisa, aux côtés de Julia Roberts.
En 2005, elle est à l'affiche de Happy Endings, dans lequel elle joue une chanteuse aventurière qui séduit un jeune musicien homosexuel (Jason Ritter), ainsi que son riche père (Tom Arnold). Elle enregistre aussi des chansons pour la bande originale du film.
L'année suivante, elle enchaîne les films à succès : Trust the Man, L'Incroyable Destin de Harold Crick (Stranger Than Fiction), Monster House, World Trade Center et SherryBaby. Elle joue aussi dans le film français Paris, je t'aime.
En 2008, elle joue le rôle de Rachel Dawes dans The Dark Knight de Christopher Nolan aux côtés de Heath Ledger et Christian Bale.
En 2010, elle est à l'affiche de Nanny McPhee et le Big Bang, la suite du film Nanny McPhee sorti en 2005.
En 2011, elle tient l'un des rôles principaux de Oh My God ! aux côtés de Hugh Dancy et Rupert Everett.
Maggie Gyllenhaal a également été mannequin pour Miu Miu, filiale du groupe Prada, ainsi que pour la marque Reebok et la lingerie Agent Provocateur.
Le {{Date}}, elle fait un premier discours engagé à l'université de Caroline du Nord, à l'occasion duquel elle critique ouvertement l'industrie du film.
Elle réitère, le {{Date}} au cours d'une interview sur une chaine câblée américaine, au cours de laquelle elle émet l'avis que les États-Unis ont leur part de responsabilité dans les attentats du 11 septembre 2001 : {{citation}}. Elle s'est aussi prononcée contre la guerre en Irak.
Avec son frère, ils ont réalisé un spot publicitaire pour Rock the Vote, et visité l'université de Californie du Sud pour encourager les élèves à voter à l'élection présidentielle américaine de 2004, dans laquelle elle a soutenu John Kerry. Maggie a soutenu Barack Obama durant l'élection présidentielle américaine de 2008.
Maggie et son époux Peter Sarsgaard à la première du film Une éducation en octobre 2010
Depuis 2002, elle partage la vie de l'acteur Peter Sarsgaard. Ils annoncent leurs fiançailles en avril 2006 et ont leur premier enfant, une petite fille prénommée Ramona, le {{Date}}. Le couple se marie le {{Date}} en Italie. Maggie a donné naissance à leur second enfant, une petite fille prénommée Gloria Ray, le {{Date}}.