Sinh tại Oslo, là con gái của Gudmund Harlem, Brundtland đậu bằng bác sĩ y khoa tại Đại học Oslo năm 1963, và bằng thạc sĩ y tế công cộng tại Đại học Harvard năm 1965. Từ năm 1966 tới 1969, bà làm bác sĩ tại "Tổng nha Y tế Na Uy" (Helsedirektoratet), và từ năm 1969 làm bác sĩ trong Cơ quan chăm sóc sức khỏe các trường công của Oslo. Từ năm 1974 tới 1979 bà làm Bộ trưởng Bộ Môi trường; từ tháng 2 tới tháng 10 năm 1981 bà trở thành nữ thủ tướng Na Uy đầu tiên[3] và duy nhất tính tới ngày nay.

Sau đó bà làm thủ tướng Na Uy 2 nhiệm kỳ liên tiếp: nhiệm kỳ đầu từ ngày 9.5.1986 tới ngày 16.10.1989. Nội các này nổi tiếng quốc tế về tỷ lệ nhiều nữ bộ trưởng: 8 nữ bộ trưởng trong tổng số 18 bộ trưởng. Nhiệm kỳ thủ tướng thứ hai từ ngày 3.11.1990 tới ngày 25.10.1996, sau đó bà từ nhiệm và rút lui khỏi chính trường Na Uy, và được Thorbjørn Jagland kế vị. Trước đó, năm 1992 bà đã từ chức đảng trưởng Đảng Lao động Na Uy Gro Harlem Brundtland là thành viên của Human-Etisk Forbund (Hiệp hội tộc người Na Uy), một Hiệp hội nhân bản của Na Uy. Bà cũng là viện sĩ Viện hàn lâm Khoa học Na Uy.[4]