Մեգի Ջիլենհոլը ծնվել է ռեժիսոր և պրոդյուսեր Սթիվեն Ջիլենհոլի և սցենարիստ Նաոմի Ֆոների ընտանիքում: Նրա կրտսեր եղբայրը` դերասան Ջեյք Ջիլենհոլն է: Հայրական կողմից նրա ծագումը կապվում է շվեդական ազնվականական Ջիլենհոլների տոհմի հետ, իսկ մայրական կողմից ունի հրեական ծագում, ովքեր ներգաղթել են Ռուսաստանից և Լատվիայից: