Kelly Ann McGillis nasceu em Newport Beach, Califórnia, na Virginia Joan (Snell), dona de casa, e Donald Manson McGillis, clínico geral de medicina. Ela tem ascendência inglesa, galesa, escocesa-irlandesa e alemã. McGillis abandonou o ensino médio para seguir carreira como atriz e estudou na Juilliard em Manhattan e no Pacific Conservatory of Performing Art em Santa Monica, Califórnia.
Ela ocupou vários cargos enquanto seguia sua carreira, como garçonete, e conseguiu alguns cargos teatrais antes de conseguir um papel coadjuvante no indicado ao Oscar®, Reuben, Reuben (1983). Isto levou a muito trabalho na TV e um papel de liderança ao lado de Harrison Ford no altamente aclamado thriller Witness (1985). Esse sucesso de bilheteria, dirigido por Peter Weir, a fez perceber em Hollywood e os produtores tomaram nota dela. Um deles foi Jerry Bruckheimer, que a escalou como Charlie Blackwood no filme de grande sucesso Top Gun (1986), que se tornou o filme de maior bilheteria do ano e lhe deu algum reconhecimento importante.
Ironicamente, esse papel inovador não ajudou sua carreira em termos de trabalho de alto perfil. Ela interpretou a promotora Kathryn Murphy em The Accused (1988) com Jodie Foster, que ganhou um Oscar por seu papel, mas infelizmente para McGillis ela foi esquecida por qualquer grande indicação. Nunca interessada em ser ouro de bilheteria, ela permaneceu fiel ao teatro, mesmo depois de ter se estabelecido como uma grande estrela durante a metade até o final dos anos 80, interpretando vários papéis no teatro em peças de William Shakespeare como "O Mercador de Veneza". Dom Juan "," Noite de Reis "," As Alegres Mulheres de Windsor "," O Luto Torna-se Electra "e" Sonho de uma Noite de Verão ". Em 1994, ela marcou o papel-título na produção da Broadway de "Hedda Gabler", mas infelizmente ele só jogou por 33 apresentações antes de fechar.
Ela teve duas filhas no início dos anos 90 e trabalhou mais esporadicamente na TV e no cinema para poder passar mais tempo com sua família e ter seu negócio, um restaurante na Flórida. Ela trabalhou em Winter People (1989), Cat Chaser (1989), The Babe (1992), North (1994), At First Sight (1999) e The Monkey's Mask (2000), bem como uma série de feitos para a TV. filmes.
Ela completou uma turnê nacional de "The Graduate", interpretando a infame Mrs. Robinson, e continua a atuar quando ela começa a estudar sobre Addiction Studies e criar seus filhos na Pensilvânia.