Gudrun Landgrebe wurde am 20. Juni 1950 als Tochter eines Beamtenehepaars in Göttingen geboren. Ihre Kindheit und Jugend verbrachte sie in Bochum. Von 1968 bis 1971 besuchte sie die "Schule des Theaters" in Köln, von wo aus sie eine Bühnenkarriere startete. Zwischen 1971 und 1981 stand sie an verschiedenen Theatern in Wuppertal, Bruchsal, Hof, Detmold, Feuchtwangen, Pforzheim und Dortmund auf der Bühne und spielte dabei in Stücken wie Wedekinds "Frühlings Erwachen" und Bruckners "Krankheit der Jugend". 

Ihr Filmdebüt gab Landgrebe, die ihren eigenen Worten nach immer zum Film wollte, in Peter F. Bringmanns Fernsehspiel "Aufforderung zum Tanz" (1977), als Friseuse und Geliebte von Marius Müller-Westernhagens Hauptfigur Theo. 1981 erhielt sie ihre erste Kinohauptrolle in der Beziehungsgeschichte "Dabbel Trabbel" (Regie: Dorothea Neukirchen). Kurz darauf verpflichtete sie Robert van Ackeren für seinen viel beachteten und kontrovers diskutierten Film "Die flambierte Frau" (1983): Durch die vielschichtige Darstellung der Edelhure Eva gelang Landgrebe nicht nur der internationale Durchbruch, ihre unterkühlt wirkende, gleichermaßen sinnliche, selbstbewusste und intelligente Figur wurde von Presse und Publikum auch zum "neuen Frauentyp der 1980er" stilisiert. 

Tatsächlich war ihre Rollenspektrum weiter gefasst. Burkhard Driest besetzte sie in der Hauptrolle von "Annas Mutter" (1984), nach der wahren Geschichte der Marianne Bachmeier, die den Mörder ihrer kleinen Tochter im Gerichtssaal erschoss und dadurch zu einer Art fragwürdigen "Volksheldin" avancierte. Eine bedeutende Rolle hatte Landgrebe auch in Edgar Reitz' viel gerühmter Fernsehserie "Heimat" (1984), als erste große (und tragisch endende) Liebe der Hauptfigur Hermann. István Szabó besetzte sie in "Oberst Redl" (HU/AT/DE 1985) als Baronesse und zeitweilige Geliebte der Titelfigur. Eine Hauptrolle spielte sie in Liliana Cavanis "Leidenschaften" (IT/DE 1985), über die Ménage à trois eines Diplomatenpaars mit der Tochter eines Botschafters. 

In manchen Filmen gab Landgrebe – gemäß ihrem Image aus "Die flambierte Frau" – die schöne und undurchschaubare Frau, eine Art moderne Femme Fatale. So etwa als kriminelle Strippenzieherin in Hans-Christoph Blumenbergs "Tausend Augen" (1984), als Komplizin eines Bankräubers (Götz George) in Dominik Grafs "Die Katze" (1988) und, in humorvoller Ausprägung, in "Rossini – oder die mörderische Frage, wer mit wem schlief" (1996) von Helmut Dietl. Für die letzten beiden Filme erhielt sie jeweils eine Nominierung für den Deutschen Filmpreis als Beste Hauptdarstellerin. 

Von ihrer komödiantischen Seite zeigte Landgrebe sich als verklemmte Mutter in Marc Rothemunds "Das merkwürdige Verhalten geschlechtsreifer Großstädter zur Paarungszeit" (1998), als Therapeutin in der humorigen Liebesgeschichte "Wer liebt, dem wachsen Flügel" (1999) und als exzentrische Künstlerin in Lars Kraumes Mediensatire "Viktor Vogel - Commercial Man" (2001), erneut an der Seite von Götz George. 

Trotzdem war Gudrun Landgrebe vor allem im Fernsehen tätig, wo man sie in einer Vielzahl an Filmen und in diversen Serienrollen sah. Der Versuch, sie mit der Serie "Tresko" (1996) als Krimiheldin zu etablieren, war nicht erfolgreich. Dafür hatte Landgrebe bedeutende Parts unter anderem in Xaver Schwarzenbergers Ehedrama "Fever" (AT/DE 1998), Urs Eggers Terrorismus-Thriller "Opernball" (1998) und Wolf Gremms Psychodrama "Die Sünde der Engel" (1998). Mit Günther Maria Halmer spielte sie in den Romantikkomödien "Herz oder Knete" (2002) und "Alles Samba" (2003), mit Götz George in der romantischen Gaunerkomödie "Verliebte Diebe" (2003). Für ihre Verkörperung der dänischen Königin Margarete in dem Zweiteiler "Störtebeker" (2006) wurde Landgrebe für den österreichischen Fernsehpreis Romy nominiert. 

Im Kino gehörte sie zum Ensemble von Hans-Christoph Blumenbergs Celebrity-Satire "Warten auf Angelina" (2008) und Christian Schwochows "Die Unsichtbare" (2011), einem Drama im Theatermilieu. In Oskar Roehlers "Jud Süss - Film ohne Gewissen" (2010) verkörperte sie eine Affäre des Schauspielers Ferdinand Marian. Ebenfalls 2010 wurde sie beim Hessischen Filmpreis mit dem Ehrenpreis des Hessischen Ministerpräsidenten für besondere Leistungen im Film- und Fernsehbereich ausgezeichnet. 

Ihre vorerst letzte Kinorolle hatte Landgrebe in Marcus O. Rosenmüllers während der Nazizeit spielendem "Wunderkinder" (2011), als jüdische, kommunistische Musiklehrerin. Im Fernsehen blieb sie dafür umso präsenter. Sie hatte Hauptrollen unter anderem in Carlo Rolas Mystery-Drama "Der Mann ohne Schatten" (2014) und der Komödie "Endstation Glück" (2016). Einmal mehr an der Seite von Götz George sah man sie in einer kleineren Nebenrolle des Abenteuerfilms "Böse Wetter" (2016). Serienrollen spielte sie als windige Psychotherapeutin in dem Mystery-Sechsteiler "Weinberg" (2015) und in der satirischen Politserie "In bester Verfassung" (2019), als Verfassungsschützerin, die eine islamistische Provinz-Terrorzelle erfindet, um ihren ruhigen Kleinstadtposten behalten zu können.

2020 wurde Landgrebe mit dem Askania Award geehrt, der seit 2008 von der Askania AG an Künstler verliehen wird, die sich um den Film verdient gemacht haben. Im Jahr darauf stand sie wieder für einen Kinofilm vor der Kamera: in "Die Drei ??? - Erbe des Drachen" verkörperte sie eine geheimnisvolle transsilvanische Gräfin. Der Film startete Anfang 2023 in den Kinos.