Gisèle Freund naît à Schöneberg, près de Berlin, le 19 décembre 1908 dans une famille de la bourgeoisie juive allemande. Elle a un frère, Hans. Son père Julius Freund, dirige des affaires familiales, c'est aussi un grand collectionneur, passionné d'art. Sa mère, Clara, est issue d'une famille d'industriels. C'est une femme rigide et conservatrice qui impose à sa fille des études d'arts ménagers.
Gisèle Freund réussit néanmoins à passer son baccalauréat et reçoit à cette occasion son premier appareil photo, offert par son père. Elle étudie ensuite la sociologie à l'université de Francfort-sur-le-Main, adhère aux Jeunesses socialistes et manifeste contre la montée du nazisme.
En 1933, avertie d'une prochaine arrestation d'étudiants, Gisèle part précipitamment pour Paris où elle avait déjà séjourné auparavant. Elle s'inscrit à la Sorbonne pour une thèse de sociologie sur la photographie en France au XIXe siècle, un sujet totalement nouveau à l'époque. Pour gagner sa vie, elle commence à photographier des écrivains qui deviendront célèbres et la rendront célèbre elle-aussi. Elle réalise notamment le portrait d'André Malraux en 1935 pour illustrer la réédition de son livre La Condition humaine. A la même époque, Gisèle Freund se lie d'amitié avec Adrienne Monnier, directrice de la librairie et maison d'édition " La Maison des Amis des Livres ", située rue de l'Odéon. C'est Adrienne qui aide Gisèle Freund à traduire sa thèse en français et à la publier en 1936. Dans la librairie de son amie, Gisèle rencontre de nombreux écrivains.
Elle tire leurs portraits sans aucune retouche, une éthique professionnelle à laquelle elle est restée fidèle tout au long de sa carrière, tout comme elle est restée fidèle à son refus de travailler pour la publicité ou de photographier la misère, les massacres ou la mort.
En 1936, l'année de la publication de sa thèse, Gisèle Freund se marie, acquiert la nationalité française et travaille pour le magazine américain Life. Elle divorcera quelques années plus tard. Elle est à Londres lorsque la guerre est déclarée en 1939, et elle s'empresse de regagner Paris. Juive et d'origine allemande, elle réalise qu'elle est trop en danger dans la capitale. Elle part se réfugier chez des amis d'Adrienne Monnier qui vivent à Saint-Sozy, un petit village du Lot, près de Souillac. Elle y passe deux ans, puis part en Argentine où elle est invitée par la milliardaire Victoria Ocampo, sur l'intervention d'André Malraux. Mal à l'aise dans la richissime demeure de son hôtesse, elle quitte Buenos Aires et part en reportage en Terre de Feu, en Uruguay, puis dans d'autres pays d'Amérique latine. Elle travaille aussi pour le ministère de l'information du gouvernement de la France Libre.
Au lendemain de la guerre, Gisèle Freund revient à Paris en 1946. Elle y présente ses photos dans une exposition consacrée à l'art sud-américain, puis repart en Patagonie où elle travaille pour le Musée de l'Homme. Elle signe ensuite un contrat avec l'agence américaine Magnum qui a ouvert son premier bureau en France. Elle est la seule journaliste femme de cette agence avec laquelle elle travaille jusqu'en 1954. Elle travaille ensuite pour de nombreux magazines : Paris Match, Art et décoration, Images du Monde, Verve… Elle continue aussi à photographier les artistes qu'elle aime. Sa notoriété grandit dans toute l'Europe où elle est sollicitée pour des conférences qu'elle peut animer en allemand, en français, en anglais ou en espagnol, quatre langues qu'elle pratique parfaitement.

En 1968, Gisèle Freund est le premier photographe invité à exposer ses œuvres au Musée d'art Moderne de Paris. A l'occasion de cette reconnaissance tardive par sa patrie d'adoption, la critique est élogieuse. Gisèle Freund compte désormais parmi les grands noms de la photographie internationale. Elle s'octroie alors le temps d'écrire. Elle publie notamment Photographie et Société, une analyse sociologique dans le prolongement de sa thèse. Cet ouvrage deviendra un classique pour les étudiants en photographie. En 1980, Gisèle Freund reçoit le grand prix national des Lettres pour la photographie. Un an plus tard, elle réalise le portrait officiel de François Mitterrand ; ce sera pratiquement son dernier travail photographique. Le Centre Pompidou lui consacre une nouvelle exposition en 1991.
Elle lègue plus de trois cents photographies à l'Etat quelque temps avant sa mort, survenue le 30 mars 2000 à Paris.

Dans les Entretiens qu'elle avait accordés en 1991 à Rauda Jamis, Gisèle Freund s'est peu attardée sur sa vie privée. Elle y évoque rapidement son mariage en 1936 et son divorce quelques années plus tard et y dit son regret de ne pas avoir eu d'enfants. Elle souligne aussi que, devenue française par son mariage, elle avait pu rapidement obtenir un passeport, mais pas de carte d'identité. Ce n'est que beaucoup plus tard, en 1983, à la veille d'être décorée de la Légion d'honneur par le Président de la République François Mitterrand, qu'elle reçu sa carte d'identité nationale. Dans Le monde et ma caméra, Gisèle Freund avait déjà dit sa souffrance d'être étrangère en France ; elle le redit à Rauda Jamis :