Née à Caen, Marie-Agnès Gillot entre à l’école de danse de l’Opéra de Paris à l’âge de dix ans. A quatorze ans et demi, avec une dispense d’âge, elle rejoint le corps de ballet. Danseuse Etoile à l’Opéra depuis 2004, Marie-Agnès Gillot danse au Palais Garnier et à l’Opéra Bastille mais aussi sur toutes les plus grandes scènes du monde, hier à Tokyo, demain à New York. Ambassadrice de la danse, elle a interprété tous les plus grands chorégraphes de Rudolf Noureev à Pina Bausch en passant par Roland Petit ou Maurice Béjart, Angelin Preljocaj ou Carolyn Carlson.
Elle est également chorégraphe, Chevalier des Arts et Lettres et de l’ordre national du Mérite. Mue par une passion intacte et sa volonté de transmettre, elle passe d’une chorégraphie pour des danseurs hip-hop à Suresnes à une flash-mob avec 200 amateurs au Louvre pour La Chaîne de l’espoir, d’une chorégraphie pour Arielle Dombasle à un clip pour Benjamin Biolay. Elle est considérée comme la plus contemporaine des danseuses classiques.
En 2011, elle devient l’un des jurés de l’émission La Meilleure danse.