Wållgren var dotter till direktören Harald Wållgren (1880–1959) och Margareta Gimberg (1887–1976). Hon växte upp i Göteborg och tillbringade somrarna i moderns och mosterns sommarvilla Söndagskullen på Nyckelön i Kvicksund, Rytterne socken i Västmanlands län.
Gunn Wållgren, 1940-tal.
År 1934–1937 studerade Wållgren vid Dramatens elevskola, samtidigt som Sif Ruud, och hade där bland andra Hilda Borgström som dramalärare. Efter elevskoleåren erbjöds hon direkt fast anställning på Dramaten där hon kom att bli en av dess främsta scenskådespelare under 1900-talet. Till hennes legendariska rolltolkningar på Dramaten räknas Curleys hustru i John SteinbecksMöss och människor 1940, hennes Ofelia mot Lars HansonsHamlet 1942, Jeanne d'Arc i Johanna av Lottringen 1944, Indras dotter i StrindbergsEtt drömspel 1955, Nora i IbsensEtt dockhem 1962, Gerda i Strindbergs Oväder 1964 och rollen som Ethel Thayer i Sista sommaren 1981. Förutom på Dramaten spelade hon på flera privatteatrar i Stockholm, som Nya Teatern där hon kom att göra en hel del uppmärksammade Tjechov-tolkningar med Per-Axel Branner som regissör.
Även på film kom Gunn Wållgren att göra en hel del uppmärksammade starka kvinnoporträtt på 1940- och 50-talen: som ungdomsbrottsling i Kvinnor i fångenskap 1943, som Klara Fina Gulleborg i Gustaf Molanders filmatisering av Kejsarn av Portugallien 1944, som frånskild flygvärdinna i Hasse Ekmans Medan porten var stängd, som Rut Köhler i Kvinna utan ansikte (manus: Ingmar Bergman), Birgit i Hasse Ekmans Var sin väg 1948 och som kvinnlig politiker i Glasberget 1953. Bland senare roller märks tv-serien Söderkåkar 1970, Dantes faster i Hasse å TagesMannen som slutade röka 1972, duvdrottningen Sofia i Astrid LindgrensBröderna Lejonhjärta 1977 och hennes Guldbagge-belönade biroll i Sally och friheten 1981. Hennes sista filmroll blev kanske den mest kritikerrosade; som matriarken fru Ekdahl i Ingmar Bergmans storfilm Fanny och Alexander 1982. Wållgren är begravd på Norra begravningsplatsen i Stockholm.[2]
Gunn Wållgren var 1941–1949 gift med Hampe Faustman och från 1954 med Per-Axel Branner fram till dennes död 1975, då hon återtog namnet Wållgren. I boken Himmelska tanter (1987) tecknar Stefan Andhé ett speciellt porträtt av hennes person.
Till hennes minne delas årligen Gunn Wållgren-stipendiet ut, på hennes födelsedag den 16 november. Det går till två ”konstnärligt förtjänta dramatiska och lyriska artister”. År 2005 uppgick stipendiesumman till 20 000 kronor vardera.
