Né à Manhattan, Tony Gilroy est un enfant de la balle. Son père Frank_D._Gilroy est en effet un dramaturge, scénariste et réalisateur reconnu, qui a notamment signé C'est_arrivé_entre_midi_et_trois_heures (1976), avec Charles Bronson et Jill Ireland. Les frères de Tony sont également dans la partie ; John est monteur (NARC de Joe Carnahan, 2002), et Dan est scénariste et producteur (TWO FOR THE MONEY de D.J. Caruso, 2005).
Il débute comme musicien avant de s'orienter vers l'écriture. Il signe ainsi le scénario de THE CUTTING EDGE/LE FEU SUR LA GLACE de Paul Michael Glaser (ex Starsky) (1992), puis devient un collaborateur privilégié de Taylor Hackford, avec DOLORES CLAIBORNE, d'après Stephen King (1995), L'ASSOCIÉ DU DIABLE (1997), et L'ÉCHANGE (2000).
Tony Gilroy se spécialise dans le suspense et le film d'action à travers MESURES D'URGENCE de Michael Apted (1996), ARMAGEDDON de Michael Bay (1998) et PIÉGÉ de Antoine Fuqua (2000), avant d'exceller pour la trépidante saga Jason Bourne, qui ravit le monde entier : LA MÉMOIRE DANS LA PEAU de Doug Liman (2002), LA MORT DANS LA PEAU (2004)