A keleti parton, Philadelphiában született 1906. október 6-án, de ifjúsága nagy részét már San Francisco közelében töltötte. Tizenhét évesen úgy döntött, színésznő lesz és Los Angelesbe költözött. Az áhított karrier azonban váratott magára, ezért egy cipőboltban keresett heti 18 dollárjából tartotta fenn magát. Végül húga, aki a nagyhatalmú Hal Roach producer irodájában dolgozott, kisebb szerepeket ügyeskedett ki számára és ő élt is a lehetőséggel.

Húszévesen váratlanul főszerephez jutott és a Fox filmstúdió elégedett volt az ismeretlen színésznő teljesítményével. Beszavazták a legreményteljesebb ifjú színésznők közé és elhalmozták szerepekkel: a gyors egymásutánban forgatott A hetedik mennyország, a Virradat és Az utca angyala című alkotásokban nyújtott teljesítményéért neki ítélték oda az első alkalommal kiosztott Oscar-díjat a legjobb színésznő kategóriában. Ez volt az egyetlen alkalom a díjak történetében, amikor több filmben nyújtott alakításért osztották a szobrocskát.

Gaynor a maga 22 évével nemcsak a legelső, hanem 1986-ig a legfiatalabb kitüntetett is maradt. (A ma megszokott felhajtás akkor még elmaradt, a zártkörű banketten csak 250-en vettek részt és még a média sem volt jelen.)

A filigrán alkatú, kislányosan kerek arcú színésznő sikeresen mentette át magát a hangosfilmekbe, sőt kellemes hangjának köszönhetően musical szerepeket is vállalt. Ezzel az ügyes húzással sztár státuszát is megőrizte egészen a 30-as évek végéig. Népszerűségének sokat használt, hogy a filmvásznon gyakran volt partnere a kor egyik szívtiprója, Charles Farrell. A Fox stúdió üdvöskéjének helyzete kis időre megingott, amikor a cég összeolvadt a 20th Century Picture-rel és egyebek között Shirley Temple lett a vetélytársa. Gaynor azonban ügyesen manőverezett, szerződését meghosszabbították, sőt 1937-ben újra Oscar-díjra jelölték a Csillag születik című filmdrámában nyújtott alakításáért. Egy évvel később otthagyta a filmvilág talmi csillogását és családjának szentelte magát, csak 1957-ben vállalt el még egy szerepet.

Az első Oscar-díjas színésznő 75 éves korában súlyos balesetet szenvedett, amelyet csodával határos módon túlélt ugyan, de soha nem épült fel teljesen. Két évvel később, 1984. szeptember 14-én halt meg, Hollywoodban helyezték örök nyugalomra.