Greta Gerwig étudie la danse classique et commence sa carrière artistique en tant que danseuse, se produisant notamment pour le Sacramento Ballet. La comédie est pour elle une passion qui s'exprime dès l’adolescence, puisqu’elle commence à jouer dans des comédies musicales telles que The Wiz au lycée. Elle étudie par la suite l'anglais et la philosophie à l'université de Columbia.

En 2007, l'actrice fait ses premiers pas sur grand écran en incarnant le personnage principal de Hannah Takes the Stairs, film dont elle coécrit le scénario. Sur le plateau, elle rencontre Mark Duplass et son frère Jay, qui lui proposent un rôle dans la comédie Baghead. En 2008, aux côtés de Joe Swanberg, elle écrit, joue et réalise Nights and Weekends, un drame sur l'amour à longue distance. Elle est alors l'une des représentantes du "mumblecore", une mouvance du cinéma indé US qui regroupe des productions fauchées en partie improvisées et centrées sur les états d'âme de vingtenaires et de trentenaires.

Au fil des années, la jeune comédienne continue de figurer dans des films à petits budgets comme You Wont Miss Me ou I Thought You Finally Completely Lost It (2009), tout en apparaissant dans des productions plus grand public comme Sex Friends (2011) avec Natalie Portman, ou encore To Rome with Love (2012) de Woody Allen, dans lequel elle campe la petite amie de Jesse Eisenberg.

La même année, elle est à l'affiche de Damsels in Distress de Whit Stillman, l'un des chefs de file du cinéma indépendant américain. Elle y interprète la dynamique Violet, une jeune étudiante bien décidée à bouleverser l'ambiance de son campus, qu'elle juge trop masculin. En 2013, Greta s'illustre sous la direction de son compagnon Noah Baumbach — qu'elle a rencontré sur le plateau de Greenberg — dans Frances Ha. Elle y incarne le rôle-titre, une jeune New-Yorkaise rêvant de devenir chorégraphe. Cette comédie mélancolique en noir et blanc séduit aussi bien le public que la critique et lui vaut une nomination au Golden Globe de la meilleure actrice.

Future mariée plaquée par son fiancé dans Lola Versus, elle séduit Al Pacino dans The Humbling et côtoie les Daft Punk dans Eden de Mia Hansen-Løve. En 2014, elle est choisie pour tenir le rôle principal de How I Met Your Dad, spin-off de la sitcom à succès How I Met Your Mother. Mais le pilote tourné ne convainc pas CBS et le projet tombe à l'eau. Deux ans plus tard, elle retrouve Noah Baumbach pour Mistress America, une comédie douce-amère et existentielle sur laquelle plane l'ombre de Woody Allen. 

Devenue un visage familier du cinéma indé, on la retrouve chez Rebecca Miller (Maggie a un plan), Todd Solondz (Le Teckel), Pablo Larrain (Jackie) et Mike Mills (20th Century Women). Elle assoit sa position de coqueluche du ciné indé avec sa première réalisation en 2017, intitulée Lady Bird. Porté par Saoirse Ronan, ce récit initiatique retrace avec humour, tendresse et une pointe de tristesse l’entrée dans le monde adulte d'une jeune femme. Il récolte cinq nominations aux Oscars, dont une dans la catégorie Meilleur Film. 

Forte de cet accueil critique enthousiaste, elle se frotte deux ans plus tard à un classique de la littérature en adaptant Les Quatre Filles du docteur March. Elle y retrouve l'actrice irlandaise Saoirse Ronan, entourée d'Emma Watson, Florence Pugh, Eliza Scanlen et Timothée Chalamet. Là encore, le public et la profession sont séduits par cette histoire d'émancipation féminine. Les Filles du Docteur March est nommé à six reprises aux Oscars. 

Toute occupée à sa nouvelle carrière de cinéaste, Greta Gerwig délaisse la comédie durant six ans. Elle revient en 2022 devant la caméra de son mari pour le post-apocalyptique White Noise, d'après Don DeLillo. Mais c'est à nouveau en tant que réalisatrice qu'elle fait parler d'elle l'année suivante et pour un projet pour le moins surprenant : un film live consacré à la plus iconique des poupées, Barbie ! Bénéficiant d'un  budget conséquent de 145 millions de dollars, elle dirige Margot Robbie et Ryan Gosling dans une comédie pop et féministe qui devient le deuxième plus gros succès ciné de 2023 et le premier film entièrement réalisé par une femme à franchir le cap du milliard de dollars de recettes dans le monde. 

À seulement 40 ans, elle devient l'une des personnalités féminines les plus en vues à Hollywood. Elle prépare actuellement une adaptation des Chroniques de Narnia pour Netflix.

En mai 2024, Greta Gerwig devient la première réalisatrice américaine Présidente du Jury du Festival de Cannes.

Emilie Schneider