Guro Gjellestad var datter av overrettssakfører Axel Severin Gjellestad (1881–1932) og Thinka Marie Mathiesen. Hun var elev ved Schnitlers handelsskole i Bergen og arbeidet som kontordame for et forsikringsselskap fra 1933 til 1942. I 1939 tok hun og begynte senere å studere ved Universitetet i Oslo, hvor hun ble i 1950. Fra 1951 til 1954 studerte hun i USA med et Fulbright-stipend, før hun vendte tilbake til Oslo som universitetsstipendiat i kosmisk magnetisme og magnetohydrodynamikk. I 1955 ble hun amanuensis ved Magnetisk byrå ved Universitetet i Bergen, og var dosent i jordmagnetisme og kosmisk fysikk fra 1959. Fra 1961 styrte hun det magnetiske observatoriet på Dombås.