В 1991 получила премию «Theatre World Awards» за пьесу «Отсутствующие друзья» (англ. «Absent Friends»), а затем дебютировала на телеэкране в вышедшей в 1992 году малобюджетной полнометражной ленте «Поворот» (англ. «The Turning»). Более ей не предлагали больших ролей в театре, а ходить на прослушивания в поисках теле-ролей, как ей советовал её агент, Андерсон не хотела — актриса поклялась себе, что никогда не будет сниматься в дурацких телесериалах. Однако, просидев год без работы, она, видимо, несколько поменяла своё мнение и начала пробоваться на небольшие роли. В 1993 она сыграла второстепенную роль в молодёжном сериале «Класс '96» (англ. «Class of '96») новой компании «Fox Network», а далее последовали пробы на роль специального агента ФБР Даны Скалли в сериале «Секретные материалы», которую она получила по настоянию его автора Криса Картера (англ. Chris Carter). Роль Скалли принесла Андерсон мировую известность и сделала её признанным секс-символом. Параллельно со съёмками в культовом сериале она снималась в нескольких фильмах («Адское такси», англ. «Hellcab», 1998; «Великан», англ. «The Mighty», 1998; «Секретные материалы: Борьба за будущее», 1998), в том числе исполнила главную роль в экранизации романа Эдит Уортон (англ. Edith Wharton) «Дом веселья» (англ. «The House of Mirth»), за которую получила несколько премий.
По окончании съёмок «Секретных материалов» принимала участие в различных кинопроектах. Она выполнила озвучивание в нескольких документальных фильмах на научные темы, в которых слушатель может узнать авторитетный голос «агента Скалли», хорошо знакомой с материалом. В 2005 сыграла роль Леди Дэдлок (англ. Lady Dedlock) в экранизации новеллы Чарльза Диккенса «Холодный дом» (англ. «Bleak House»), выполненной BBC, за которую в 2006 получила премию Британской Академии кино и телевидения
Также стоит отметить её роль в англоязычной версии мультфильма Принцесса Мононоке, где она озвучивала Моро. Джиллиан вообще является поклонницей работ Хаяо Миядзаки.