Laura Augusta Gainor néven Philadelphiában született 1906. október 6-án. Anyja háztartásbeli, apja színházrajongó díszletfestő volt, aki elég korán elkezdte tanítani lányát énekelni és táncolni. Szülei válása után anyja újra férjhez ment. és San Franciscóban telepedtek le. Már fiatalon elhatározta, hogy színésznő lesz, Los Angelesbe költözött, és egy cipőboltban vállalt állást, közben szorgosan járt a meghallgatásokra, két évig még fizetség nélkül is elvállalta a neki felajánlott kisebb szerepeket. 1926-ban aztán váratlanul főszerepet kapott a Rohanó áradat (The Johnstown Flood) című drámában, és bebizonyította, hogy a rendező, Irving Cummings jól választott, amikor ráosztotta a hősnő szerepét. Az alig 150 centiméter magas Gaynor egy éven belül Hollywood legkeresettebb színésznője lett.
1927-ben A hetedik mennyország című filmben játszott először Charles Farrell-lel, akivel aztán még tizenegy közös filmet forgattak együtt (és akihez pályája elején gyengéd szálak is fűzték). A melodráma vetítése alatt szem nem maradt szárazon, egy korabeli cikk szerint „a könnyekből, amelyeket a filmbemutató alkalmával hullattak országszerte, egy sivatag is kivirulhatott volna”. Ugyanabban az évben a Virradat című romantikus drámában is szerepelt, ebben George O’Brien partnereként kápráztatta el rajongóit, majd 1928 elején került a mozikba Az utca angyala, melyben egy törvény elől menekülő nőt játszott.
E három filmért vehette át 1929. május 16-án a hollywoodi Roosevelt Szállodában rendezett zárt körű banketten az első alkalommal kiosztott Oscar-díjat a legjobb színésznő kategória nyerteseként. (Vetélytársai Louise Dresser és Gloria Swanson voltak.) A kitüntetést az Amerikai Filmművészeti és Filmtudományi Akadémia (AMPAS) alapította, és akkor még nem egy filmben nyújtott alakításért, hanem egy egész év munkájáért kapták meg a színészek. Gaynor nemcsak az első Oscar-díjas volt, hanem 22 évével 1986-ig a legfiatalabb díjazott színésznő is. Ekkor a 21 éves siket Marlee Matlin vihette haza a szobrocskát az Egy kisebb Isten gyermekei című drámáért. (Az Oscart a díj történetében rajtuk kívül ilyen fiatalon, szintén 22 évesen csak Jennifer Lawrence kapta meg a 2012-ben bemutatott Napos oldal című filmért.)
A némafilmek világából csak egy maroknyi színésznőnek sikerült zökkenőmentesen átlavírozni a hangosfilmek világába, egyikük Janet Gaynor volt. A Fox Stúdió sztárjaként olyan hangosfilmekben kapott lehetőséget, mint a Négy pajtás, a Katinka, hol jártál az éjjel?, a State Fair vagy a Farmer Takes a Wife. Ez utóbbiban Gaynor partnere az ifjú Henry Fonda volt, akinek ez volt az első filmszerepe.
Amikor egyesült a 20th Century Pictures és a Fox Film Corporation, az új stúdióban Gaynor státusza bizonytalanná vált. A fiatal feltörekvő színésznők, mint Loretta Young és Shirley Temple kezdték háttérbe szorítani, de még évekig a legjobban fizetett színésznők egyike maradt. David O. Selznick producer az Elfújta a szél szereplőválogatásán fontolgatta, hogy neki adja Scarlett szerepét, de mivel Gaynor akkor már a visszavonulást fontolgatta, végül Vivien Leigh mellett döntött. Gaynort 1937-ben újra jelölték Oscar-díjra a Csillag születik című filmjéért: ebben egy feltörekvő színésznő bőrébe bújt, aki egy alkoholista színész segítségével tud csak a hőn áhított siker közelébe kerülni.
1938-ban még szerepelt a Mindenkit érhet szerencse című Selznick-produkcióban, amely nem teljesített jól a mozikasszáknál, ezután 32 évesen úgy döntött, hogy hátat fordít Hollywoodnak. Festőként is kipróbálta magát, és sikeres karriert futott be, több mint száz olajképe talált gazdára. A filmvászonra csak egyetlen szerep erejéig tért vissza 1957-ben, Pat Boone anyjaként a Bernardine című komédiában. Hetvennégy évesen viszont adott egy esélyt a Broadwaynek is, és szerepet vállalt a Harold és Maude című fekete komédia színpadi adaptációjában.
A színésznő 22 évesen egy ügyvéddel kötött házasságot, kapcsolatuk 1933-ban válással végződött. 1939-ben ment hozzá az MGM egyik jelmeztervezőjéhez, akitől egyetlen gyermeke született. Férje 1954-ben bekövetkezett halála után harmadjára is férjhez ment, Paul Gregory producerrel haláláig élt együtt.
Janet Gaynor 1982-ben komoly sérülést szenvedett egy közúti balesetben, amelyből soha többé nem épült fel. 77 éves korában, 1984. szeptember 14-én halt meg a kaliforniai Palm Springsben, a Hollywood Forever temetőben nyugszik. 1960 óta csillaga díszíti a hollywoodi Hírességek sétányát.
