Tam ismi Margalit Ruth Gyllenhaal olan oyuncu, 1977 yılında dünyaya geldi. New Yorklu olan başarılı oyuncu kariyeri boyunca birçok önemli yapımda rol aldı.

Ünlü oyuncu Jake Gyllenhaal'ın kardeşi oluşuyla da bilinen oyuncu, Columbia Üniversitesi'nde doğu dinleri üzerine eğitim aldı. Ardından Londra'daki Royal Academy of Dramatic Art'a giderek oyunculuk konusunda kendini geliştirmeye başladı.  Waterland, 15 yaşında rol aldığı ilk film oldu. Waterland,  A Dangerous Woman ve Homegrown filmlerini babası yönetmişti. O da kendine bu yapımlarda rol bulmayı başardı. 

Onun tanınmasına bir kara mizah yapımı olan Secretary neden oldu. Bu rol sayesinde pek çok ödüle aday gösterildi. Ardından Happy Endings, Criminal, Paris, je t'aime, The Dark Knight, Nanny McPhee Returns gibi filmlerde de yer aldı.

Son olarak BBC'de Hugo Blick'in yazıp yönettiği The Honourable Woman'da rol aldı. Burada İsrail kökenli bir İngiliz olan Nessa Stein'i canlandırdı. Kardeşinin ölümünden sonra şirketi devralan Nessa, Orta Doğu'daki barış sürecine desteği sebebiyle itibarını kaybetmeye başlamıştır. Yeni iş partnerlerinden birisi intihar sonucu hayatını kaybedince Nessa uzun zamandır planını yaptığı şeyleri beklemeye almak zorunda kalır. Bunun üzerine bir de Nessa'nın yakın arkadaşlarından biri olan Kasım kaçırılınca Stein Ailesi'nin geçmişinde kalan kötü anılar ve sırlar yeniden canlanmaya başlar.

En önemli başarısı Crazy Heart filmiyle "En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu" kategorisinde Oscar'a aday gösterilmesi oldu. Ancak o ayrıca Golden Globes, Critics Choice Television Awards, Gotham Awards, Independent Spirit Awards, Satellite Awards ve Screen Actors Guild Awards gibi pek çok prestijli ödüle aday gösterildi.