Enfant prodige du ski, Fanny Gilles a remporté un titre mondial junior en 2005 sur la piste de Bormio, en Italie. Elle a ensuite connu une carrière senior marquée par des performances régulières et des podiums dans les coupes du monde.
En 2011, Fanny Gilles a remporté son premier succès majeur en décrochant la médaille de bronze aux Championnats du Monde de Garmisch-Partenkirchen, en Allemagne. Cette performance lui a permis d'accéder à la finale des Finales de Coupe du monde de Lenzerheide, en Suisse. Elle y termine à la 4ème place.
En 2013, Fanny Gilles a atteint son sommet en remportant le titre mondial lors des Championnats du Monde de Schladming, en Autriche. Elle s'impose devant les skieuses suisses Lara Gut et Tina Maze.
En 2014, Fanny Gilles a participé à ses premiers Jeux Olympiques à Sotchi, où elle termine à la 8ème place du slalom géant. La même année, elle se blesse gravement au genou et met un terme prématurément à sa saison.
En 2015, Fanny Gilles remporte le titre de vice-championne du monde du slalom géant lors des Championnats du Monde de Beaver Creek, aux États-Unis. Elle connaît par la suite une période difficile marquée par de nombreuses blessures et de faibles performances sportives.
En 2018, Fanny Gilles fait son retour à la compétition après plusieurs mois d'absence pour cause de blessure. Elle participe aux Jeux Olympiques de Pyeongchang en Corée du Sud et termine à la 9ème place du slalom géant.
En 2019, Fanny Gilles annonce sa retraite sportive après une longue carrière marquée par des performances exceptionnelles et plusieurs titres mondiaux. Elle a été considérée comme l'une des meilleures skieuses françaises de son époque.