
Gillan pindah ke Hollywood dan membintangi film horor Oculus (2013), yang menjadi kesuksesan komersial pertamanya di Amerika Serikat, dan setelah itu dia membintangi sitkom Selfie (2014) di ABC. Dia mencapai ketenaran internasional dengan memerankan Nebula dalam film pahlawan super Marvel Cinematic Universe Guardians of the Galaxy (2014), Guardians of the Galaxy Vol. 2 (2017), Avengers: Infinity War (2018), Avengers: Endgame (2019), Thor: Love and Thunder (2022), dan Guardians of the Galaxy Vol. 3 (2023). Dia juga mendapat pujian atas perannya sebagai Ruby Roundhouse dalam film aksi Jumanji: Welcome to the Jungle (2017) dan Jumanji: The Next Level (2019), Sam dalam film komedi Gunpowder Milkshake (2021), dan peran ganda dalam film thriller sains-fiksi Dual (2022).
Prestasi Gillan termasuk penghargaan Empire Award, National Television Award, Teen Choice Award, dan nominasi untuk British Academy Scotland Film Award, Critics' Choice Award, dan Saturn Award. Selain berakting, dia juga mendapat pujian atas keterlibatannya sebagai penulis dan sutradara dalam film drama The Party's Just Beginning (2018), yang juga dibintanginya. Dia juga dikenal karena citra publiknya dan aktivismenya, terutama dalam mencegah bunuh diri.
Karen Sheila Gillan lahir di Inverness pada 28 November 1987, anak dari Marie dan Raymond John Gillan. Ayahnya berasal dari Sunderland di Inggris Timur Laut. Meskipun berasal dari latar belakang Katolik, dia mengatakan bahwa dia tidak dibaptis dan tidak beragama. Ketika dia berusia 16 tahun, dia pindah ke Edinburgh dan menyelesaikan kursus HNC Acting and Performance di Telford College. Dia pindah ke London pada usia 18 tahun untuk belajar di Italia Conti Academy of Theatre Arts. Di sana, dia diincar oleh agensi model. Sebelum karir aktingnya, dia bekerja sebagai model, tampil di London Fashion Week pada tahun 2007. Gillan mengatakan dia tidak akan meninggalkan karir aktingnya untuk kembali menjadi model, menyatakan bahwa meskipun dia menikmati menjadi model, akting selalu menjadi minat dan tujuannya yang utama.