Карен гиллан родилась 28 ноября 1987 года в шотландском городе инвернесс, в семье музыканта Рэймонда Дж.

Гиллана и домохозяйки мэри патерсон. С ранних лет девочка проявляла любовь к сцене и искусству - к 7 годам Карен неплохо играла на фортепиано и с удовольствием участвовала в постановках школьных театральных коллективов.

В 16 лет гиллан переехала в Эдинбург и поступила в колледж телфорд, где изучала актерское мастерство. Два года спустя Карен была принята в лондонскую театральную академию Italia Cont". На высокую студентку (рост Карен гиллан - 178 см) обратил внимание представитель модельного агентства. Карен заявила, что не откажется от актерской карьеры ради жестокого мира моды, попробовать себя в роли модели всё же не отказалась.