Gretchen Mol urodziła się 8 listopada 1972 roku w Deep River (Connecticut, USA). Od najmłodszych lat interesowała się aktorstwem. Po ukończeniu szkoły średniej przeprowadziła się do Nowego Jorku, by tam uczestniczyć na zajęciach w American Musical and Dramatic Academy, wkrótce potem pojawiła się parę razy na scenie. Aby zarobić imała się najdziwniejszych zajęć. Prawie jak każdy początkujący aktor miała na koncie m.in. pracę w restauracji. I tam właśnie została odkryta przez agenta, który pracował nad sitcomem "Spin City".

W filmie zadebiutowała rolą dziewczyny z seks-telefonu w obrazie Spike'a Lee "Dziewczyna nr 6". Potem można było ją zobaczyć m.in. w "Pogrzebie", "Donniem Brasco" czy "Życie na krawędzi". Nie były jednak to role znaczące, ale dały jej możliwość gry u boku takich aktorów jak Al Pacino, Johnny Depp, Christopher Walken, Claire Forlani czy Adrien Brody. Większą rolę zagrała dopiero w "Melodiach miłości" razem z Jude'em Law, ale film przeszedł prawie niezauważony przez widzów i krytyków. Dopiero po 1998 roku zaczęto angażować ją do bardziej znaczących ról. W końcu Gretchen doczekała się filmu, w którym zagrała najważniejszą rolę. W 2006 roku na ekrany kin wchodzi film "Słynna Bettie Page", opowiadający historię sławnej amerykańskiej modelki z lat 50. ubiegłego wieku, Bettie Page.