Sortie du Conservatoire royal de Bruxelles, classe de Pierre Laroche, avec un premier prix d’interprétation, Françoise Gillard s’illustre dès 1993 dans Arcadia de Tom Stoppard mise en scène par Adrian Brine au Rideau de Bruxelles en 1993 puis dans Fantasio de Musset par Dominique Haumont, avant d’être l’Agnès de Gérard Vivane dans L’École des femmes de Molière et la Juliette de Daniel Schahaise dans Roméo et Juliette de Shakespeare.

Elle intègre la Comédie-Française en 1997 et en devient la 507e sociétaire en 2002. Elle interprète Henriette dans Les Femmes savantes de Molière mises en scène par Simon Eine, Alarica dans Le mal court d’Audiberti pour Andrzej Seweryn, le rôle-titre d’Esther de Racine pour Alain Zaepffel, Elvire dans Dom Juan de Molière pour Jacques Lassalle – pour qui elle joue aussi Sacha dans Platonov de Tchekhov. On la retrouve dans des mises en scène de Lukas Hemleb, Oskaras Koršunovas, Robert Wilson, Éric Ruf ou Anne Kessler avec dernièrement La Ronde d’après Schnitzler. Elle crée en 2009 le rôle de « Elle » dans Pur écrit et mis en scène par Lars Norén. Françoise Gillard est Stella pour Lee Breuer dans Un tramway nommé désir de Tennessee Williams, Cassandre pour Denis Marleau dans Agamemnon de Sénèque, Roxane dans Cyrano de Bergerac de Rostand pour Denis Podalydès (reprise Salle Richelieu du 7 juin au 20 juillet 2017), Rosette dans On ne badine pas avec l’ amour de Musset pour Yves Beaunesne. Elle interprète les rôles-titres dans Psyché de Molière par Véronique Vella et Antigone d'Anouilh par Marc Paquien. Elle interprète le rôle emblématique de Sarah Norman dans Les Enfants du Silence de Mark Medoff, mis en scène par Anne-Marie Etienne (reprise au Théâtre Antoine du 17 janvier au 26 février 2017).

Aimant croiser les langages artistiques, Françoise Gillard s’intéresse à la chorégraphie et interprète en 2010 le solo Signature, inspiré par le chorégraphe Sidi Larbi Cherkaoui, avec Claire Richard, qu’ elle retrouve en 2015 pour un nouveau spectacle dansé, L’Autre, qu’elle crée en avant-première au Centquatre-Paris puis au Théâtre du Vieux-Colombier. Elle collabore par ailleurs avec Olivier Meyrou, notamment pour Tu avec le danseur Matias Pilet.

Elle tourne pour la télévision dans plusieurs productions de Jean-Daniel Verhaeghe et au cinéma avec Alain Resnais (Les Herbes folles, Coeurs et Pas sur la bouche), Emmanuel Bourdieu (Les Amitiés maléfiques et Intrusions) ou Bruno Podalydès (Le Parfum de la Dame en noir et Bancs publics).