1860년에 미국 코네티컷 주 하트포드에서 신학자 리먼 비처의 증손녀로 태어났다. 그녀가 어릴 때 가족을 버리고 떠나버린 아버지 탓에, 어머니와 함께 친척집을 전전하며 불안정하게 살았다. 가난하고 외로운 성장기에 그녀에게 친구이자 안식처가 되어주었던 것은 공공도서관의 책들이었으며, 길먼은 『톰 아저씨의 오두막』의 저자인 해리엣 비처 스토 등 비처 가문의 출중한 여성들을 역할모델로 삼아 성장했다. 로드아일랜드디자인스쿨을 졸업하고 미술 교사로 일하다 1884년에 화가인 찰스 월터 스텟슨과 결혼했으며, 이듬해에 딸 캐서린을 낳았다. 그러나 전통적인 성역할을 원하는 남편과의 결혼 생활은 순탄치 않았으며, 출산 후 그녀가 산후우울증을 앓게 되면서 두 사람 사이의 갈등은 더욱 깊어졌다. 극심한 신경쇠약 상태에 이르게 된 그녀는 신경과 의사인 위어 미첼에게 치료를 받았는데, 의사는 육아와 가사에만 전념하고 지적 활동은 하지 말라는 처방을 내렸다. 이로 인해 그녀의 병세는 더욱 악화되었으며, 이때의 경험을 바탕으로 한 자전적 소설이 바로 이 책에 실린 「누런 벽지The Yellow Wall Paper」(1892년)다. 길먼은 치료를 거부하고 아내와 어머니의 자리마저 거부하겠다고 선언했는데, 19세기에 여성이 먼저 이혼을 요구하는 것은 이례적인 일이었다. 별거를 거쳐 법적 이혼에 성공한 그녀는 1900년, 사촌 조지 휴턴 길먼과 재혼했다. 1890년부터 집필 활동을 시작하여 소설, 시, 사회이론서를 발표했으며, 여성운동과 사회주의를 확산시키기 위해 여러 도시를 순회하며 강연을 했다. 『여성과 경제Women and Economics』(1898년)에서 그녀는 여성의 성적 역할과 어머니로서의 역할이 여성의 사회적·경제적 능력을 무시할 정도로 지나치게 강조되어왔으며, 경제적 독립만이 여성에게 참된 자유를 가져다줄 수 있다고 주장했다. 이 책은 출간되자마자 7개 국어로 번역되는 등 세계적으로 널리 읽혔다. 1909년 사회 개혁의 필요성을 주장하는 잡지인 《선구자Forerunner》를 창간하여 1916년까지 직접 편집했으며, 1915년에는 제인 애덤스 등과 함께 여성평화당을 창당했다. 1935년에 캘리포니아에서 사망했는데, 자신이 유방암에 걸렸음을 알고 자살로 생을 마감했다. 대표작으로는 이 책에 실린 「허랜드Herland」(1915년)와 「누런 벽지」 외에 「집The Home」(1903년), 「남자의 종교와 여자의 종교 His Religion and Hers」(1923년), 자서전 『샬롯 퍼킨스 길먼의 삶The Living of Charlotte Perkins Gilman』(1935년) 등이 있다.