Diplômée de l'American Musical and Dramatic Academy, Gretchen Mol débute sa carrière dans Girl 6 (1995) de Spike Lee. Elle travaille par la suite avec Abel Ferrara, Paul Shrader, Neil LaButte ou Woody Allen en alternant théâtre et cinéma. Avant de rejoindre le casting de Puccini et moi, elle a interprété la célèbre pin-up des 50's, Betty Page, dans le film éponyme.