Karen nasceu e cresceu em Inverness, na Escócia, a filha de Marie (Paterson) e John Gillan, que é um artista cantor e gravação. Ela desenvolveu um amor por atuar muito cedo, participando de vários grupos de teatro juvenil e tomar parte em uma grande variedade de produções em sua escola, Charleston Academy. Aos 16 anos, Karen decidiu que queria seguir a carreira de atriz mais e, estudou com o diretor de teatro renomado Scott Johnston no Performing Arts Studio Scotlond. Mais tarde, ela participou da prestigiada Academia Italia Conti em Londres. Durante seu primeiro ano, ela conseguiu um papel no Rebus (2000) e logo apareceu em uma variedade de programas, incluindo o Channel 4 Stacked (2008) e O Kevin Bishop Show (2008), bem como um período de dois anos no longo correndo Doctor Who série (2005). Karen também protagoniza o filme Outcast (2010), estrelado por James Nesbitt. Seu mais recente papel principal é como Eliza Dooley em “selfie” (2014), Quando ela não está agindo, Karen gosta de tocar piano e adora vasculhar lojas de roupa do vintage.