Карен Гиллан проявляла тягу к лицедейству и музыке с самых ранних лет. В семь лет она сама освоила игру на фортепиано, а актерствовала везде, где только было возможно – посещала театральный кружок, участвовала во всех постановках Чарльзстонской академии, где училась. В шестнадцатилетнем возрасте продолжила учиться в колледже, в Эдинбурге, а когда ей исполнилось восемнадцать стала студенткой Академии Театрального искусства под названием «Italia Conti» в столице Великобритании.
Еще учась в академии, Карен Гиллан получила свою дебютную роль в телесериале под названием «Ребус». Молодую и талантливую актрису заметили и пригласили для участия в шоу Кевина Бишопа. Параллельно привлекательная и стройная девушка не отказывалась и от модельной карьеры. Например, ее пригласили поучаствовать в качестве подиумной манекенщицы в коллекции известного дизайнера одежды Аллегры Хинкс во время лондонской «Недели моды оснь-зима-2007». Фрагмент ее выступления даже был запечатлен и вошел эпизодом в документальный фильм «Страсти Girls Aloud» (2008). Несколько сериалов с Карен Гиллан стали для нее стартовыми в карьере. В уже упомянутом телешоу Кевина Бишопа она изображала таких звезд, как Анджелина Джоли, Джулия Робертс и Кети Перри, что прибавило интереса к ней.
На протяжении шести лет Карен Гиллан встречалась с Патриком Грином – модным лондонским фотографом, что свидетельствует о том, что она предпочитает прочные отношения, но, тем не менее, по слухам они расстались по вине короткого романа Карен с Эндрю Бруком, который был ее партнером по сериалам «Улица потрошителя» и «Абсолютная власть». Сейчас ходят слухи об романтических отношениях между ней и Мэттом Смитом, который играет центрального персонажа в «Докторе Кто». Сама гипотетическая пара никак не комментирует предположения о наличии интимной близости между ними, оставляя для поклонников интригу. Но оба с энтузиазмом говорят о том, что съемки их сделали реально близкими людьми.