Rose McGowan voit le jour le 5 septembre 1973 à Florence en Italie, de l'union de Daniel et Teri McGowan, respectivement artiste irlandais et romancière américaine d'ascendance française. Elle passe sa petite enfance en Italie, où elle est élevée dans une secte catholique des Enfants de Dieu avant d'emménager à Washington à l'âge de dix ans
Lors de la séparation de ses parents, Rose s'installe avec sa mère dans l'Oregon, aux États-Unis, alors qu'elle ne parle pas encore l'anglais. À seize ans, elle se fait légalement émanciper et quitte sa famille. Elle enchaîne les petits boulots afin de subvenir à ses besoins, et est un temps contrainte de vivre dans la rue.
À dix-sept ans, Rose McGowan décide de suivre les cours de l'Art and Beauty School et fait tout pour décrocher un rôle. Elle rejoint alors Los Angeles où elle rencontre le réalisateur Gregg Araki, qui lui offre son premier rôle important dans The Doom Generation. Les critiques du film sont globalement mauvaises, cependant Rose est nommée aux Independent Spirit Awards de 1996 comme meilleure nouvelle actrice.
Sa carrière commence vraiment quand, en 1997, elle se fait assassiner dans
Scream. Elle enchaîne alors les rôles dans plusieurs films comme
Nowhere, Lewis & Clark & George ou encore Devil in the Flesh, qui n'obtiennent que peu de succès.
En 1998, elle tourne dans Going all the Way, ainsi que dans
Phantoms avec Ben Affleck, Monkeybone et Strange Hearts. Le public la remarque enfin et Rose commence à se faire un nom dans le cinéma. Elle accèdera à la notoriété en 2001 grâce à la télévision, quand elle est appelée par les producteurs de Charmed pour jouer le rôle de la pétillante sorcière Paige Matthews, suite au départ de Shannen Doherty de la série. Elle reforme le trio de charme avec Alyssa Milano et Holly Marie Combs.
McGowan réussit aussi à réaliser son grand rêve, chanter, grâce à Charmed. Dans un épisode de la cinquième saison, elle interprète ainsi la chanson Fever. Elle enregistre par ailleurs Superfabulous en duo avec Brian Transeau.
En 2002, elle joue dans Stealing Bess puis, en 2005, dans la mini-série Elvis où elle interprète Ann-Margret, qui est un succès aux États-Unis.
En 2006, elle apparaît brièvement dans
Le Dahlia Noir, où
Brian de Palma lui a confié un petit rôle. En 2007, elle obtient le rôle principal dans Planète Terreur et un autre rôle important dans Boulevard de la mort, le dyptique Grindhouse de Quentin Tarantino et Robert Rodriguez.
En 1996, Rose McGowan aurait eu une liaison de courte durée avec l'acteur Matthew Lillard, rencontré sur le tournage de
Scream.
En 1997, elle aurait eu une brève liaison avec un autre acteur, Ryan Phillippe. Mais c'est surtout cette même année que la jeune femme rencontre le chanteur Marilyn Manson. Deux ans après, il la demande en mariage. Mais le mariage n'a pas lieu, et ils rompent en 2001. En cette même année, l'actrice fait la connaissance de l'acteur Kip Pardue sur le tournage de Strange Hearts mais leur romance s'arrête à la fin de l'année.
En 2002, elle a une liaison avec le rédacteur en chef du magazine américain pour hommes Men's Health, Dave Zinczenko, qui se termine en mai 2005. Quelques semaines après, l'actrice rencontre le pilote de formule 1 Jenson Button. Ils se séparent par la suite, à une date inconnue.
En 2007, elle est fiancée au réalisateur Robert Rodriguez, rencontré sur le tournage de Planète Terreur avant de séparer en octobre 2009.