Gena Rowlands creció en la ciudad de Cambria. Su padre, Edwin Myrwyn Rowlands, era un banquero y legislador, y su madre, Mary Allen, era una pintora nacida en Arkansas. Su familia se trasladó a Washington, D.C. en 1939 cuando su padre fue ascendido al Departamento de Agricultura. Posteriormente se mudaron a Milwaukee en 1942 cuando su padre fue escogido como asesor del Office of Price Administration. Asistió a la Universidad de Wisconsin desde 1947 hasta 1950. En 1950, se trasladó a Nueva York para estudiar interpretación en el American Academy of Dramatic Arts. Estuvo casada con el actor y director John Cassavetes entre el 9 de abril de 1954 y el 3 de febrero de 1989, cuando éste falleció.4 Ha tenido tres hijos fruto del matrimonio, Zoe R. Cassavetes, Alexandra Cassavetes y Nick Cassavetes, siendo éste último director de cine.
Debutó en numerosas series de televisión desde 1954, entre ellas en episodios de «Alfred Hitchcock presenta». Su debut en la gran pantalla llegó con «Los valientes andan solos», junto a Kirk Douglas, una película de 1962 de David Miller, el ocaso de un vaquero, que contaba con un guion de Dalton Trumbo. Un año después trabaja en «Ángeles sin paraíso» a las órdenes de su marido John Cassavetes, «Camino de la jungla», de Robert Mulligan y, en 1967 «Hampa dorada», de Gordon Dougles, junto a Frank Sinatra.
Sin dejar nunca de lado la televisión, su trayectoria da un salto de gigante en 1974 con su interpretación de Mabel Longhgetti en «Una mujer bajo la influencia» (1974) por la que ganó el Globo de Oro a la mejor actriz dramática y fue candidata al Óscar a la mejor actriz. El film fue dirigido de nuevo por su marido John Cassavetes, y su actuación fue considerada por la revista People como una de las cien mejores interpretaciones de todos los tiempos. Emanuel Levy escribió que «Rowlands está magnífica como una ama de casa que cruza la línea de la cordura». En 1978 fue nuevamente nominada al Globo de Oro por su participación en el drama «Noche de estreno » (1977). Con el thriller «Gloria» (1980) fue de nuevo candidata al Óscar y al Globo de Oro a la mejor actriz dramática; la película también fue dirigida por su esposo. Variety señaló que «Gena Rowlands está excelente como una mujer cansada que decide tomar sus propias decisiones».
Rowlads ha trabajado a las órdenes de Woody Allen en «Otra mujer» (1988). Su trayectoria cinematográfica continúa con películas como «Querido intruso» (1991), «Noche en la tierra» (1991), «Algo de que hablar», «Volver a vivir» y «Atrapada entre dos hombres». En 1998 interpretó a la madre de Sandra Bullock en el drama «Siempre queda el amor», formando parte de un reparto que incluía nombres como el de Angelina Jolie, Ellen Burstyn y Sean Connery. 1998 son los años de «Paulie, un loro bocazas» y «Un mundo a su medida», junto a Sharon Stone. Posteriormente intervino en el thriller «Vidas ajenas» (2004), y en el drama dirigido por su hijo Nick, y basado en una novela de Nicholas Sparks, «El diario de Noa» (2004) en el que dio vida a Allie Calhoun, personaje que compartía en pantalla con Rachel McAdams. «El diario de Noa» («The Notebook») es la cinta más taquillera de su filmografía con 115 millones de dólares recaudados internacionalmente. Al año siguiente participó en «La llave del mal» («The Skeleton Key», 2005), con Kate Hudson. En 2006 trabaja en el segmento «Barrio latino» de la película de episodios «Paris je t’aime», parav el que ella fisma se escribió su personaje.
Gena Rowlands nunca ha abandonado su trabajo en el teatro y la televisión, participando en todo tipo de series o telefilmes como «Hallmark Hall of Fame» (1983) por la que fue candidata al Globo de Oro a la mejor actriz de reparto en serie, miniserie o telefilme. En 1985 protagonizó el telefime An Early Frost, siendo nominada al Globo de Oro y al Emmy a la mejor actriz de miniserie o telefilme. En 1987 finalmente ganó el Globo de Oro a la mejor actriz de miniserie o telefilme y el Emmy a la mejor actriz de miniserie o telefilme por «The Betty Ford Story», en la que encarnaba a Betty Ford. En 1992 volvió a ser acreedora el Emmy a la mejor actriz de miniserie o telefilme por «Face of a Stranger» (1991). En 1993 por su personaje de Horona Swift en «Crazy in Love» obtuvo una nueva candidatura al Globo de Oro. Otras intervenciones en televisión por las que optó al Emmy fueron «The Color of Love: Jacey’s Story» (2000) o «Wild Iris», junto a Laura Linney.
Por fin en 2002 protagoniza junto a Uma Thurman y Juliette Lewis el telefilme «Hysterical Blindness», ganando el Emmy a la mejor actriz de repartode miniserie o telefilme y obteniendo su octava nominación a los Globos de Oro. Por su interpretación del personaje de Melissa Eisenbloom en «What If God Were the Sun?» (2007) fue candidata al Premio del Sindicato de Actores a la mejor actriz de televisión de miniserie o telefilme y una vez más al Emmy. Además, fue la estrella invitada de un capítulo de la serie «Monk», protagonizada por Tony Shalhoub, obteniendo su octava candidatura a los premios Emmy, en esta ocasión como mejor actriz invitada en serie de comedia.En 2015 se le concede el Oscar Honorífico por toda su trayectoria. La actriz falleció el 14 de agosto de 2024, a los 94 años, en su casa de Indian Wells, en California, rodeada de su familia.