Дэн вырос в творческой семье. Его отец, Фрэнк Гилрой, - драматург, победитель Пулитцеровской премии, мать, Рут Дороти, - скульптор и писатель. Брат Дэна Гилроя, Тони, также является известным сценаристом и режиссером.
В 1981 году Гилрой окончил Дартмутский колледж. Первые сценарии он написал в начале 1990-х для лент «Корпорация «Бессмертие» и «Конвоиры», в 2005 году - для драмы «Деньги на двоих» с Аль Пачино в главной роли.
Режиссерский дебют актера состоялся в 2014 году в криминальном триллере «Стрингер». Для этого фильма Дэн Гилрой написал сценарий, за который был номинирован на премию «Оскар» за лучший оригинальный сценарий. В общей сложности работы Дэна Гилроя были номинированы на различные премии международных фестивалей и ассоциаций 9 раз. В списке других картин, для которых Дэном были написаны сценарии, ленты «Запределье», «Живая сталь», «Эволюция Борна».
Гилрой женат на популярной актрисе Рене Руссо.
