Gilbert studerte biologi ved University of East Anglia, med en kandidateksamen, og doktorerte ved University of Hull på en avhandling om genetikk og biokjemi for gjærarten . Hun har deretter arbeide med forskning på blant andre Brewing Industry Research Foundation, Leicester Biocentre og legemiddelselskapet Delta Biotechnology frem til 1994, da hun kom til University of Oxford. I 2004 ble hun professor ved Jenner Institute, som er en del av Nuffield Department of Medicine ved University of Oxford.