桂纶镁于一九八三年在中国台湾出生，自幼便开始接触并学习芭蕾舞，这项训练一直持续到她小学六年级。进入中学阶段后，她选择就读于薇阁高中完成高中学业。随后，她考入淡江大学，主修法国语文学专业，并于大学期间顺利完成学业。二零零四年九月，为进一步深化法语及文化学习，桂纶镁前往法国，在里昂第三大学进行了为期一段时间的交换学习，这段经历为其日后发展增添了重要的国际视野与文化积淀。
二零零二年，当时仍在求学的桂纶镁出演了她的首部电影作品《蓝色大门》，在片中她饰演了名为孟克柔的高中生，这个角色标志着她演艺事业的正式开端。次年十二月二十日，一部由梁朝伟与杨千嬅领衔主演、改编自几米同名漫画的都市言情片《地下铁》播出，桂纶镁在其中进行了客串演出。到了二零零五年七月，她完成了个人首部电视剧的拍摄，与黄河、关勇、李烈等演员共同参演了校园话题剧《危险心灵》，并在剧中塑造了问题女学生艾莉这一形象；同年九月三十日，她主演的文艺片《经过》正式上映，她在片中扮演了助理研究员阿静一角。二零零六年十一月，桂纶镁受邀担任台湾国际影视博览会的影视大使，并为该博览会拍摄了系列宣传海报。 二零零七年七月三十一日，由周杰伦自导自演的爱情奇幻片《不能说的秘密》播出，桂纶镁在片中饰演了气质清新脱俗的神秘少女路小雨，这个角色让她获得了更为广泛的观众认知与喜爱；随后在十一月二日，她主演的浪漫爱情片《最遥远的距离》也与观众见面，她在片中诠释了清纯可人的女主角小云。二零零八年，桂纶镁的演艺活动更为活跃：她先与周迅、张雨绮共同出演了由徐克执导的爱情喜剧片《女人不坏》，在片中她演绎了一位只钟情于虚拟情人的摇滚女孩铁菱；之后她又与张震、戴立忍合作，主演了剧情片《停车》，饰演陈莫的妻子；同年，她还与蓝正龙、林佑威、郑有杰一同主演了都市偶像剧《波丽士大人》，在剧中扮演了性格内向的女主角黄方仪；此外，她也参与了一部剧情短片《阖家观赏》的演出。 二零一零年五月十四日，桂纶镁与张翰、林辰唏、中孝介联袂主演的都市爱情片《第36个故事》上映，她在片中饰演了一位热爱咖啡与甜点的咖啡店女孩朵儿；同年五月，她还受聘担任了台北电影节的宣传大使，并为电影节特别拍摄了一部3D短片；六月十八日，她与李连杰、文章合作主演的都市文艺片《海洋天堂》公映，她在片中出演了四处漂泊的马戏团女孩玲玲；八月二十四日，她与谢霆锋、张家辉、陆毅共同主演的动作警匪片《线人》上映，桂纶镁在片中饰演了名为阿娣的角色。
二零一一年，演员桂纶镁迎来了其演艺事业中颇为高产且关键的一年。她首先与李连杰、周迅、陈坤等知名影星合作，参演了由著名导演徐克执导的3D武侠冒险巨制《龙门飞甲》。在该片中，桂纶镁突破以往形象，饰演了妖娆而充满魅力的角色布噜嘟，这也是她职业生涯中首次尝试古装武侠题材。其富有张力的表演获得了业界认可，凭借这一角色，她相继获得了第三十一届大众电影百花奖最佳女配角以及第三十一届香港电影金像奖最佳女配角的提名。同年七月八日，另一部由她与陈坤、梁咏琪、江一燕共同主演的奇幻爱情电影《肩上蝶》与观众见面，桂纶镁在片中化身勇敢追寻真爱的女主角白兰，展现了角色在情感世界中的执着与纯粹。紧接着在九月八日，她与郭富城、陈奕迅、刘若英、Angelababy联袂出演的现代都市爱情片《全球热恋》播出，此次她饰演的百合是一位在爱情中遭受重创、进而患上洁癖强迫症的女性，其细腻刻画了人物内心的创伤与挣扎。到了十一月，她又在一部言情片《星空》中亮相，饰演了名为谢欣美的角色，进一步丰富了其表演谱系。 时间来到二零一二年八月三日，桂纶镁与张孝全搭档主演的都市爱情电影《女朋友·男朋友》正式播出。她在剧中饰演的林美宝，时间跨度长达三十年，需要呈现人物在三大人生阶段截然不同的状态与心境。这一角色彻底颠覆了她以往留给观众的“学生情人”式清新印象，堪称其多年来力求突破表演边界、拓展戏路所积累能量的一次集中爆发。为了演好这个角色，她在开拍前做了极为充分的案头准备和情感储备，以至于在拍摄结束后，仍深陷于角色的生命轨迹之中难以抽离，时常会因感触而落泪，甚至出现情绪波动。这份全身心的投入最终收获了丰厚的回报，她凭借对林美宝这一复杂角色的精湛演绎，成功摘得第四十九届台湾电影金马奖最佳女主角的桂冠。 二零一三年，桂纶镁的艺术造诣获得进一步肯定，受邀担任了第十五届台北电影节的评委工作。同年五月二十四日，她主演的剧情片《圣诞玫瑰》登陆院线，在片中她饰演一位钢琴女教师李静，凭借内敛而富有层次的表演，她再度获得了金马奖最佳女主角的提名。进入二零一四年，其演艺事业继续高歌猛进。二月，她与廖凡、王学兵合作主演的爱情悬疑片《白日焰火》在柏林电影节首映，她在片中塑造的吴志贞是一个亦正亦邪、充满矛盾与神秘感的女性形象。该片艺术成就卓越，荣获了第六十四届柏林国际电影节最高荣誉金熊奖，而桂纶镁个人也凭借在此片中的出色表现，连续第三次获得金马奖最佳女主角提名，彰显了其表演的稳定性和高水准。同年九月十九日，她与孙红雷搭档主演的年代爱情剧《触不可及》播出，此次是桂纶镁首次挑战民国背景的影视作品，她生动地诠释了一位敢爱敢恨、命运跌宕的“民国名伶”宁待，其表演获得了观众与评论界的广泛好评。
在2015年，演员桂纶镁首度获邀担任台湾电影金马奖的评审工作，这标志着她的事业迈入了新的阶段。随后于2016年10月，她主演了由导演郭承衢执导的首部长片电影《德布西森林》，该片的播出进一步展现了她在银幕上的多样可能性。2017年6月2日，桂纶镁出演的奇幻喜剧片《美好的意外》正式与观众见面，她在片中生动诠释了律师李雨燃这一角色；同年12月8日，她又与陈学冬、张孝全、蒋梦婕等演员共同主演了聚焦反电信诈骗题材的电影《巨额来电》，影片中她塑造了一位干练性感且手段残酷的诈骗集团核心人物刘丽芳，其表演令人印象深刻。进入2018年，桂纶镁再度合作胡歌、廖凡、万茜等实力派演员，共同出演了现代剧情片《南方车站的聚会》。2020年11月，她与杨佑宁搭档主演的现代剧情片《腿》于台北金马影展举行首映，凭借在此片中的精湛演出，她成功获得了第57届台湾电影金马奖最佳女主角提名。2022年9月21日，由她主演的电视剧《台北女子图鉴》正式播出。2024年9月25日，她参演的电影作品《台北追缉令》在台湾地区上映。2025年3月28日，其主演的电影《周末狂飙》登陆院线；随后在7月24日，她主演的另一部新片《亲爱的陌生人》发布了正式预告；9月12日，由她主演的电影《亲爱的陌生人》在日本上映。同年11月，官方正式宣布她将担任第62届金马奖的颁奖嘉宾，再次回归这一华语电影盛事。
桂纶镁在学生时代便展现出鲜明的运动特质，她长期担任学校短跑项目的佼佼者，不仅对短跑充满热情，也对各类体育运动及球类活动抱有广泛的兴趣。与此同时，她从幼年开始学习芭蕾舞，并持续练习至小学六年级，这段经历塑造了她如同芭蕾舞者般修长挺拔的身型。进入高中后，她进一步拓展了自己的艺术爱好，成为学校热舞社的活跃成员。时至今日，她内心仍怀抱着对芭蕾的深厚眷恋，非常期待在未来能有机会重新投入芭蕾舞的学习之中。
现年26岁的桂纶镁与比她年长18岁、44岁的导演戴立忍已相恋长达六年，两人之间的感情始终保持着令人称羡的稳定状态。桂纶镁此前在接受某杂志深度专访时，曾坦率地分享了自己对这段关系的执着与坚持，她明确表示：“我不希望因为从事演艺工作而干扰到自己的日常生活，恋爱也是如此，总不能因为工作繁忙就完全舍弃感情，这对我来说是一种非常荒谬的想法。”她更进一步透露，在属于两人的爱情世界里，自己其实是一个依赖性较强的人，总是渴望能够时时刻刻陪伴在对方身旁，共享亲密无间的相处时光。近日公开的夫妻合影亦从侧面印证了这份感情的和睦与绵长。
2022年9月1日，多家新闻媒体相继报道称，知名演员桂纶镁经检测确诊感染了新型冠状病毒。消息传出后，迅速引发了公众与影迷对其健康状况的广泛关注。截至目前，其经纪团队或相关工作人员尚未就此事作出正式回应，也未对外详细说明桂纶镁当前的身体状况与后续治疗安排。社会各界在表达关切的同时，也期待能尽快获得来自官方的进一步消息。
二零零七年八月，桂纶镁在一次篮球表演募款活动中亮相，活动约定每投进一球即募集一万元善款，结果她连续投中十球，成功为活动募得十万元。次年三月，她接任家扶基金会国外贫童认养计划的代言人，致力于呼吁社会关注海外贫困儿童的成长困境。二零零八年五月，她又出任早产儿“关怀巴掌仙子”公益大使，亲自出席相关公益活动，为早产儿及其家庭传递温暖与支持。二零零九年三月二十二日，桂纶镁受聘成为“2009结核病防治健康大使”，并与八名宣誓环台的自行车手及上千名自行车爱好者一同骑行，绕行台北大佳河滨公园，以此行动响应当年三月二十四日的世界结核病日。同年十二月二日，她担任环保署倡导活动代言人，别出心裁地以“白纸”裹身扮演环保精灵，出席“饮料纸盒回收再利用”记者会，生动传达资源回收的环保理念。二零一四年八月十五日，桂纶镁获邀担任台湾电影金马奖形象宣传大使，透过其影响力提升金马奖的国际能见度。最新消息显示，二零二五年十月，她将出任第三十八届东京国际电影节的评审，进一步参与国际影坛的交流与评选工作。
顶着“杰女郎”名号出道的桂纶镁，无庸置疑是众多曾与周杰伦合作的年轻新面孔中演艺事业最为顺遂、发展最为出色的一位。长期以来，她被台湾媒体誉为小清新风格的代言人，这不仅仅源于她初登银幕便一炮而红的机遇，更离不开她日渐纯熟的演技，以及那份独特而脱俗的青春气质。桂纶镁或许并非第一眼就令人惊艳的女生，但她身上那种安静而坚定的气质，却总能悄然吸引并留住旁人的目光。你或许难以精准言说那究竟是什么，但当她那双闪亮而有力的眼眸望向你时，你便能清晰地感受到其中蕴含的执着与企图心。正值美好年华的桂纶镁，不仅拥有充沛的活力与待发掘的巨大潜力，她更在持续不断地为自己储备各种能量。无论是在个人生活、学业进修，还是在表演事业方面，她都未曾给自己设限，始终努力观察、广泛吸收，期盼着能在机会来临之时全然释放自己的光芒。这个过程或许偶尔会超越她当时年龄的阅历范畴，遇到些许挫折，或面临一些似是而非的困惑，但桂纶镁始终保持着虚心与认真态度去面对和学习，从未因此气馁。这些经历反而转化为了支撑她不断向前、继续勇敢创造属于自己人生的更大动力。自从凭借电影《不能说的秘密》进入公众视野，桂纶镁便赋予了观众一种清新自然的邻家女孩印象；然而，在私下真实的生活中，她实则是一位勇于突破自我、适应能力极强的独立女性。