Гертруда Белл Элайон родилась 23 января 1918 года в Нью-Йорке. Ее родители были эмигрантами, отец, Роберт Элайон, переехал из Литвы, когда ему еще было 12 лет, мать, Берта Коэн, попала в Америку в 14, из Польши, которая тогда была частью Российской империи. Отец получил стоматологическое образование и работал дантистом, мать занималась детьми.
Гертруда ходила в обычную государственную школу, где получила базовое образование. Когда ей было 15 лет, ее дедушка умер от рака желудка, что повлияло на решение Гертруды заниматься наукой и найти лечение от этой болезни. в 1929 году, с началом Великой депрессии отец Гертруды обанкротился. Дети семьи Элайон (у Гертруды был еще младший брат Гербер) могли и не получить высшее образование, однако у девушки были очень хорошие оценки в школе и она смогла получить стипендию для обучения в Хантер колледже в Нью-Йорке. Специализацией она выбрала химию.
Изначально это был колледж только для женщин (мужчин стали принимать в 1950 году), причем многие преподаватели думали, что девушки, после окончания учебы не будут продолжать карьеру. Тем не менее, многие однокурсницы Гертруды стали учеными или преподавательницами. В 1937 году Гертруда с отличием заканчивает учебу и получает степень бакалавра химии, она бы хотела продолжить учебу в аспирантуре, но из-за денежных трудностей начала искать работу. Это было непросто: вакансий было мало, а те, что существовали были закрыты для женщин. Однажды девушку все же пригласили на собеседование в научную лабораторию, но отказали из-за ее внешности: полагалось, что она будет отвлекать ученых от работы. Гертруда получила трехмесячную работу преподавателем биохимии для медсестер, а затем случайно познакомилась с химиком, который искал лаборанта. Полгода она работала у него бесплатно, а затем начала получать 20 долларов в неделю. В то время она жила у родителей, поэтому откладывала все деньги на дальнейшее обучение в университете. В 1939 году она наконец накопила нужную сумму и поступила в Нью-Йоркский университет и стала единственной девушкой на курсе по химии. За год она закончила посещать все необходимые курсы для получения степени магистра, но ей еще нужно было выполнить исследовательскую работу. Она занималась экспериментами по ночам, а днем работала учителем химии и физики. В 1941 году она наконец получила степень магистра химии.
К тому времени уже несколько лет Гертруда встречалась с Леонардом Кантером, они планировали пожениться. В 1941 году Леонард заболел, у него была инфекция сердечных клапанов. Уже через два года после его смерти такое заболевание легко и успешно лечили пенициллином, однако Леонард не дожил до введения антибиотика в клиническую практику. 25 июня 1941 года он умер. Позже Гертруда Элайон говорила, что после его смерти она еще сильнее захотела стать фармакологом.
С началом Второй мировой войны спрос на химиков вырос и Гертруда смогла найти себе работу. Она устроилась в аналитическую лабораторию пищевой компании, а через полтора года однообразной работы получила должность ассистента-биохимика в лаборатории Джонсон и Джонсон. Через полгода лабораторию расформировали, но Гертруда устраивается в фармацевтическую компанию “Burroughs Wellcome” (сейчас называется GlaxoSmithKline), помощником Джорджа Хитчингса. Он был готов обучать сотрудников и вести с ними научную работу. Гертруда Элайон была химиком-органиком, но начала интересовать микробиологией и биологической активностью синтезируемых соединений, расширила свои познания в биохимии, иммунологии и вирусологии.
Гертруда хотела получить докторскую степень, поэтому начала посещать вечерние курсы в Бруклинском политехе. К сожалению, через несколько лет ей сообщили, что она не может продолжать писать докторскую диссертацию, если не перейдет на дневное обучение. Для этого нужно было бросить работу в лаборатории и Гертруда отказывается от докторантуры.
В лаборатории Элайон и ее коллеги вели работу по созданию новых медицинских препаратов. В то время единственным препаратом против лейкемии был метотрексат, ожидаемая продолжительность жизни ребенка, которому диагностировали лейкоз составляла 3-4 месяца. Под руководством Хитчингса ученые исследовали вещества, которые могли бы остановить рост клеток (раковых в том числе). Заданием Гертруды Элайон был анализ пуринов. В 1948 году они обнаружили, что действительно, 2,6-диаминопурин являлся мощным ингибитором роста и успешно останавливал рост опухолевых клеток. В 1951 году он был опробован на людях. Увы, это вещество было слишком токсично, поэтому Хитчингс и Элайон искали его аналоги среди производных этого вещества. Так они открыли 6-меркаптопурин, который в 1953 году стал основным лекарством против острого лейкоза.
Элайон принимала участие в изучении лекарств против подагры, гипеурикемии, в сотрудничестве она открыла новое вещество азатиоприн, которое вначале применяли при исследовании трансплантации почек у собак, а в 1962 на его основе были разработаны иммуносупрессоры, которые позволили пересаживать людям почки от неродственных доноров. В 1967 году Гертруда Элайон стала начальником отдела экспериментальной терапии.
Через год Гертруда и ее коллеги вновь вернулись к изучению токсичного диаминопурина. Оказалось, что одно из его производных невероятно эффективно действовал на вирус простого герпеса. Несколько лет работы с производными пурина позволили подобрать наиболее оптимальные условия синтеза и использования. У одного из производных отметили необычайно высокую противовирусную активность, всего через два месяца была опубликована статья об этом вещества, которая произвела просто революцию в терапии: новое вещество было названо ацикловиром. Он воздействовал не только на вирус простого герпеса, но и на вирус ветряной оспы, а даже на вирус Эпштейна-Барра. Ацикловир стал самым мощным из всех ранее предложенных противовирусных препаратов. Он, как и азатиоприн, вошел в «Перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств».
В 1988 году Гертруда Элайон, Джеймс Блэк и Джордж Хитчингс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «За открытие важных принципов лекарственной терапии». Изначально награда предназначалась только Хитчингсу, но коллеги Элайон буквально убедили фонд выдвинуть и Гертруду. Особая заслуга ученых была в том, что Хитчингс и Элайон разрабатывали лекарства путем глубокого анализа проблемы, а не методом проб и ошибок, как это делали ранее. Гертруда стала девятой женщиной, получившей Нобелевскую премию.
В 1983 году Гертруда Элайон вышла на пенсию, но еще некоторое время оставалась научным консультантов фармацевтических концернов. Несмотря на незаконченную докторантуру в 1989 году она получила почетную докторскую степень от Университета Джорджа Вашингтона, а в 1998 от Политехнического и Гарвардского университетов. Всего она получила 23 почетные ученые степени, была советником ВОЗ и членом Национальной академии наук США. Она запатентовала 45 важных лекарств.
Гертруда Белл Элайон умерла 21 февраля 1999 года, за два дня до ее 81-ого дня рождения.