1983年出生于臺(tái)灣的桂綸鎂從小便開(kāi)始學(xué)習(xí)芭蕾舞表演，在就讀于薇閣高中期間桂綸鎂開(kāi)始擔(dān)任學(xué)校戲劇表演活動(dòng)的組織者，在讀高二時(shí)她還是學(xué)校熱舞社的成員，一次偶然的機(jī)會(huì)她被正在尋找自己新片女主角的導(dǎo)演易智言發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)一系列表演課程的培訓(xùn)之后，桂綸鎂順理成章的擔(dān)任了易智言執(zhí)導(dǎo)的青春片《藍(lán)色大門(mén)》的女主角，就此也開(kāi)始了自己的表演生涯，高中畢業(yè)后，在同時(shí)考上臺(tái)北藝大戲劇系和淡江大學(xué)法文系的情況下，桂綸鎂最終選擇了淡江大學(xué)法語(yǔ)文學(xué)系，2004年桂綸鎂被選為交換生前往法國(guó)里昂第三大學(xué)留學(xué)深造。

2002年，還是高中生的桂綸鎂便出演了個(gè)人的首部大銀幕作品，她在與陳柏霖搭檔主演的青春愛(ài)情片《藍(lán)色大門(mén)》中飾演了女主角孟克柔。

2003年，桂綸鎂客串出演了由梁朝偉、楊千嬅主演的根據(jù)幾米同名漫畫(huà)改編的都市言情片《地下鐵》。

2005年，桂綸鎂與戴立忍搭檔主演了以臺(tái)北故宮博物院為題材的劇情片《經(jīng)過(guò)》，片中桂綸鎂飾演了臺(tái)北故宮助理研究員阿靜。

2006年，桂綸鎂還出演個(gè)人的第一部電視劇作品，她在與黃河、關(guān)勇、李烈共同出演的校園話題劇《危險(xiǎn)心靈》中飾演了問(wèn)題女學(xué)生艾莉；同年11月，桂綸鎂還擔(dān)任了臺(tái)灣國(guó)際影視博覽會(huì)的影視大使，并為博覽會(huì)拍攝了宣傳海報(bào)。

2007年，桂綸鎂出演了周杰倫自導(dǎo)自演的愛(ài)情奇幻片《不能說(shuō)的秘密》，片中桂綸鎂飾演了清新脫俗的神秘少女路小雨；同年，桂綸鎂還在浪漫愛(ài)情片《最遙遠(yuǎn)的距離》中飾演了清純可人的女主角小云。

2008年，桂綸鎂先是與周迅、張雨綺聯(lián)袂主演了由徐克執(zhí)導(dǎo)的愛(ài)情喜劇《女人不壞》，片中桂綸鎂飾演了只愛(ài)虛擬情人的搖滾女孩鐵菱；之后，桂綸鎂又與張震、戴立忍合作主演了劇情片《停車(chē)》；同年，桂綸鎂還與藍(lán)正龍、林佑威、鄭有杰共同主演了都市偶像劇《波麗士大人》，并在劇中飾演了性格內(nèi)向的女主角黃方儀；此外，桂綸鎂還出演了另一部喜劇電影《天黑.夏午.闔家觀賞》。

2010年，桂綸鎂先是與張翰、林辰唏、中孝介合作主演了都市愛(ài)情片《第36個(gè)故事》，桂綸鎂在片中飾演了喜歡咖啡與甜點(diǎn)的咖啡店女孩朵兒；之后，桂綸鎂又與謝霆鋒、張家輝、陸毅共同主演了動(dòng)作警匪片《線人》，桂綸鎂在片中與陸毅搭檔飾演一對(duì)黑幫夫妻；同年5月，桂綸鎂又受邀擔(dān)任了臺(tái)北電影節(jié)的宣傳大使，并為電影節(jié)拍攝了一部3D短片；此外，桂綸鎂還在與李連杰、文章合作主演的文藝片《海洋天堂》中飾演了四處漂泊的馬戲團(tuán)女孩玲玲。

2011年，桂綸鎂與李連杰、周迅、陳坤聯(lián)袂主演了由徐克執(zhí)導(dǎo)3D武俠片《龍門(mén)飛甲》，桂綸鎂在片中飾演了妖嬈性感的布嚕嘟；同年6月，桂綸鎂還受邀擔(dān)任了上海電影節(jié)亞洲新人獎(jiǎng)的評(píng)審；隨后，桂綸鎂又在與陳坤、梁詠琪、江一燕合作主演的愛(ài)情奇幻片《肩上蝶》中飾演了研究員白蘭；同年，桂綸鎂還與郭富城、陳奕迅、劉若英共同主演了現(xiàn)代愛(ài)情片《全球熱戀》，桂綸鎂在片中飾演了Lily這一角色；此外，桂綸鎂還客串出演了言情片《星空》。

2012年，桂綸鎂在與張孝全搭檔主演的都市愛(ài)情片《女朋友·男朋友》中飾演了看似粗魯卻內(nèi)心纖細(xì)的女主角林美寶，桂綸鎂也憑借此角色獲得了第49屆臺(tái)灣電影金馬獎(jiǎng)最佳女主角獎(jiǎng)和第55屆亞太影展最佳女主角獎(jiǎng)兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

2013年，桂綸鎂先是受邀擔(dān)任了第15屆臺(tái)北電影節(jié)的評(píng)委；之后，桂綸鎂又在與郭富城、夏雨、張震聯(lián)袂主演的懸疑片《圣誕玫瑰》中飾演了身患?xì)埣驳匿撉俳處熇铎o，憑借此角色桂綸鎂獲得了第50屆臺(tái)灣電影金馬獎(jiǎng)最佳女主角提名；同年，桂綸鎂還在與廖凡、王學(xué)兵共同主演的愛(ài)情懸疑片《白日焰火》中飾演了亦正亦邪的女主角吳志貞，本片則獲得了第64屆柏林電影節(jié)最佳影片金熊獎(jiǎng)；此外，桂綸鎂還與孫紅雷搭檔主演了年代愛(ài)情片《觸不可及》，并在片中飾演了性情溫婉卻又為愛(ài)癡狂的女主角寧待。

2014年，桂綸鎂又憑借《白日焰火》獲得了第21屆北京大學(xué)生電影節(jié)最受歡迎女演員獎(jiǎng)和最佳女主角提名、以及第12屆中國(guó)長(zhǎng)春電影節(jié)最佳女主角提名；隨后，桂綸鎂又出演了現(xiàn)代劇情片《天涯知己》，并在片中飾演了女主角Vicky；同年8月15日，桂綸鎂還受邀擔(dān)任了臺(tái)灣金馬獎(jiǎng)的形象宣傳大使。

2015年，桂綸鎂主演了郭承衢的長(zhǎng)片電影處女作《德布西森林》；同年，桂綸鎂還與多位影人共同擔(dān)任了第52屆臺(tái)灣電影金馬獎(jiǎng)的評(píng)委。

2016年1月，《我們的那時(shí)·此刻》在粉絲頁(yè)上首度曝光正式海報(bào)，手工繪制眾多知名巨星的超傳神視覺(jué)設(shè)計(jì)，一推出就十足吸睛，也讓許多影迷大喊一定要好好收藏。同年主演了奇幻喜劇片《美好的意外》。

2017年，桂綸鎂與陳學(xué)冬、張孝全、蔣夢(mèng)婕聯(lián)袂主演了反電信詐騙電影《猜猜我是誰(shuí)》。12月8日，主演的影片《巨額來(lái)電》上映。

2018年1月5日，參與配音的動(dòng)畫(huà)電影《幸福路上》在中國(guó)上映。2月，獲2017中國(guó)銀幕風(fēng)云榜年度演員（驚艷）獎(jiǎng)。4月28日，參演電影《南方車(chē)站的聚會(huì)》。5月6日，憑借《美好的意外》獲第二十五屆北京大學(xué)生電影節(jié)最佳女演員獎(jiǎng)提名。

《大周末》桂綸鎂演繹黑與白的態(tài)度：嫵媚誘惑 代言

2002年《雀巢咖啡》

2004年《國(guó)民戲院　臺(tái)灣VS東歐影展　代言人》

2005年《統(tǒng)一左岸咖啡館》 　　2006年《臺(tái)灣國(guó)際影視博覽會(huì)　代言人》

2006年 與賀軍翔一起代言“真愛(ài)密碼”

2007年《Dior雪晶靈》

2007年《嬌爽抗菌護(hù)墊/茶樹(shù)精油系列》

2007年《國(guó)家影像教育扎根計(jì)劃　代言人》

2007年《財(cái)團(tuán)法人基金會(huì)反盜版大使》

2007年 與賀軍翔一起代言“真愛(ài)密碼”

2007年《中國(guó)信托　膠卷時(shí)光影展　代言人》

2007年《心路基金會(huì)　憨喜農(nóng)場(chǎng)》

2007年《國(guó)家地理頻道　故宮特輯　代言人》

2007年《Lee牛仔褲　秋冬季》 　　2007年《Sony　Walkman/放在心里的最真　Feel My Heart》 

2007年《7-11：CITY CAFE》

2008.12桂綸鎂言承旭代言索尼Walkman全線產(chǎn)品　

2008年《Sony Walkman/放在心里的最真2　Feel My Heart》

2008年《7-11：CITY CAFE》

2008年《電影　瓦力（Wall E）中文代言》

2008年《家扶基金會(huì)　國(guó)外貧童認(rèn)養(yǎng)計(jì)劃　代言人》

2008年《關(guān)懷巴掌仙子　Target Five五重保護(hù)計(jì)劃　代言人》

2008年《林鳳營(yíng)高品質(zhì)鮮乳》

2008年日本kose 高絲娜蔻系列

2008年《星辰 ONLINE》

2008年《Lee牛仔褲 春夏季》

2008年《Kose潤(rùn)肌精》

2008年《2009 S·DEER時(shí)裝》

2008年 《護(hù)舒寶衛(wèi)生巾》

2009年《09款A(yù)cura謳歌TL》

2009年劉德華桂綸鎂本田謳歌2009 Acura TL汽車(chē)廣告

2009年德克士脆皮炸雞

2009年LG冰淇淋甜美之夜

2009年 S·DEER時(shí)裝 　　2009年YAMAHAMOTOR-JOG CIAO系列代言

2009年 德克士炸雞

2009年《7-11 CITY CAFE》

2010年《7-11 “航空"》

2010年 7-11 CITY CAFE 冰咖啡

2010年 德克士手槍腿

2010年 YAMAHA機(jī)車(chē)

2010年 與彭于晏一起代言益達(dá)木糖醇口香糖

2010年 德克士酷辣辣雞腿堡 

2011年 與趙又廷代言傳奇英倫精品小車(chē)”新MG3

專輯封面出演

2004年《Late Summer of 1976》

2007年4月18日，桂綸鎂擔(dān)任了財(cái)團(tuán)法人基金會(huì)反盜版大使。

2008年3月，桂綸鎂擔(dān)任了家扶基金會(huì)國(guó)外貧童認(rèn)養(yǎng)計(jì)劃代言人；同年，桂綸鎂還出任了關(guān)懷巴掌仙子（早產(chǎn)兒）公益活動(dòng)代言人。

2009年12月2日，桂綸鎂擔(dān)任了環(huán)保倡導(dǎo)活動(dòng)代言人，以“白紙”裹身俏麗扮演環(huán)保精靈，出席“飲料紙盒回收再利用“記者會(huì)。

2015年11月10日，桂綸鎂擔(dān)任第52屆金馬獎(jiǎng)評(píng)審團(tuán)成員。

2016年 6月13日，由陳坤發(fā)起的心靈公益項(xiàng)目“行走的力量”第六季啟動(dòng)儀式在中國(guó)傳媒大學(xué)舉行，桂綸鎂自發(fā)加入笑容海報(bào)接力。

從出演電影《不能說(shuō)的秘密》開(kāi)始，桂綸鎂就給人一種清新自然的鄰家女孩感覺(jué)，然而私底下的桂綸鎂卻是一個(gè)勇于挑戰(zhàn)適應(yīng)能力很強(qiáng)的人（廣州日?qǐng)?bào)評(píng)）。

桂綸鎂是一個(gè)非常優(yōu)秀的女演員，她在拍戲的時(shí)候既沉溺于角色又能夠做到情緒到位，而且她在與任何演員合作對(duì)手戲時(shí)都能和對(duì)方達(dá)成很好的默契（金鷹網(wǎng)評(píng) ）。

一部《藍(lán)色大門(mén)》讓純真倔強(qiáng)的桂綸鎂成為了臺(tái)灣小清新女演員的代言人，清湯掛面，純過(guò)蒸餾水的氧氣小美女，是許多人對(duì)她的印象，桂綸鎂不見(jiàn)得是個(gè)帶給人驚艷的女生，但她的氣質(zhì)卻總是能吸引住旁人的眼光，雖然說(shuō)不出那是什么，但在她閃亮有力的眼神當(dāng)中總能看到一顆企圖心，而無(wú)論是她穿著校服彈奏鋼琴，還是戴著耳機(jī)閉眼傾聽(tīng)，都已成為了文藝小清新的經(jīng)典畫(huà)面（網(wǎng)易娛樂(lè)評(píng)）。