1983年出生于台湾的桂纶镁从小便开始学习芭蕾舞表演，在就读于薇阁高中期间桂纶镁开始担任学校戏剧表演活动的组织者，在读高二时她还是学校热舞社的成员，一次偶然的机会她被正在寻找自己新片女主角的导演易智言发现，在经过一系列表演课程的培训之后，桂纶镁顺理成章的担任了易智言执导的青春片《蓝色大门》的女主角，就此也开始了自己的表演生涯，高中毕业后，在同时考上台北艺大戏剧系和淡江大学法文系的情况下，桂纶镁最终选择了淡江大学法语文学系，2004年桂纶镁被选为交换生前往法国里昂第三大学留学深造 。
2002年，还是一名高中生的桂纶镁便出演了个人的首部大银幕作品，她在与陈柏霖搭档主演的青春爱情片《蓝色大门》中饰演了女主角孟克柔，桂纶镁也由此开始了个人的演艺生涯。
2003年，桂纶镁客串出演了由梁朝伟、杨千嬅主演的根据几米同名漫画改编的都市言情片《地下铁》。
2005年，桂纶镁与戴立忍搭档主演了以台北故宫博物院为题材的剧情片《经过》，片中桂纶镁饰演了台北故宫助理研究员阿静。
2006年，桂纶镁出演个人的第一部电视剧作品，她与黄河、关勇、李烈共同出演了校园话题剧《危险心灵》，并在剧中饰演了问题女学生艾莉；同年11月，桂纶镁还担任了台湾国际影视博览会的影视大使，并为博览会拍摄了宣传海报。
2007年，桂纶镁出演了周杰伦自导自演的爱情奇幻片《不能说的秘密》，片中桂纶镁饰演了清新脱俗的神秘少女路小雨，桂纶镁也因此而被更多的观众所熟知；同年，桂纶镁还出演了浪漫爱情片《最遥远的距离》，并 在片中饰演了清纯可人的女主角小云 。