Rose Arianna Jane McGowan est née le 5 septembre 1973 à Florence, en Italie. Sa mère, Teri McGowan, est une écrivaine franco-américaine tandis que son père, Daniel McGowan, est un artiste irlandais. Elle a deux frères, deux sœurs et deux demi-frère et sœur et possède des ancêtres irlandais et anglais.

Grâce aux contacts artistiques de son père, Rose devient très vite une jeune mannequin, apparaît dans Vogue Bambini et fait la couverture de plusieurs autres magazines italiens. Elle grandit au sein de la secte des Enfants de dieu avant que son père ne décide qu'ils doivent fuir avec Rose, âgée de 10 ans, conscient du danger que représente cette secte pour sa fille. Ses frères et sœurs ainsi que la seconde épouse de son père les accompagnent tandis que la mère de Rose est abandonnée par Daniel McGowan.

Ils retournent aux États-Unis où ils s'installent à Eugene, dans l'Oregon, alors qu'elle ne parle pas encore l'anglais. Rose McGowan a une enfance assez instable : à cause d'une situation familiale assez difficile, elle fugue et commence à vivre une vie d'adolescente indépendante assez jeune à Portland, toujours dans l'Oregon, et s'associe à un groupe de drag queen. Lorsque ses parents divorcent, elle part habiter avec son père à Seattle. Elle fréquente les établissements scolaires de la Roosevelt High School et Nova Alternative High School. Elle travaille également à McDonald's.

À 15 ans, elle se fait légalement émanciper et part vivre à Los Angeles.

Après une adolescence difficile, elle est repérée par un agent et fait ses débuts au cinéma dans California Man en 1992.

Elle devient célèbre en 1996, avec la sortie du film d'horreur Scream de Wes Craven, dans lequel elle tient le rôle de Tatum Riley. En 1999, elle joue le fameux rôle de Courtney Shayne dans le film Jawbreaker devenu culte, Rose enchaîne les rôles au cinéma à la fin des années 1990 avec des films comme Phantoms, Ready to Rumble ou encore Monkeybone.

Par la suite son rôle de Paige Matthews, nouvelle petite sœur du clan Halliwell dans la série télévisée Charmed, lui offre une notoriété encore plus importante, elle reçoit notamment l’Award de l’ « actrice préférée de la série ». À l'arrêt de Charmed en 2006, l'actrice tourne pour de grands réalisateurs comme Brian De Palma pour Le Dahlia noir, Quentin Tarantino pour Boulevard de la mort et Robert Rodriguez pour Planète Terreur, ces deux derniers films formant le diptyque Grindhouse ou encore The Sound, aux côtés de Christopher Lloyd.

En parallèle de sa carrière d'actrice, elle réalise le court métrage Dawn, qui diffusé en 2015, est acclamé par la critique mondiale, puis publie en 2018 son 1^er album : Planet 9, réédité en 2020.

L'actrice est l'une des premières femmes à témoigner contre Harvey Weinstein dans l'affaire d'agressions sexuelles sur plusieurs personnes, médiatisées ou non, dont il fait l'objet. Elle en profite pour révéler son agression qui eut lieu vingt ans plus tôt par ce dernier et la relate dans son autobiographie, Brave, publié en 2018. Rose McGowan, au même titre que toutes les personnes ayant témoigné contre Harvey Weinstein ou ayant montré du doigt les violences sexuelles, est désignée comme personnalité de l'année 2017 par le Time. Un documentaire sur sa vie, Citizen Rose, sort début 2018.

La star devient une figure importante et active du féminisme, impliquée dans diverses campagnes pour le droit des femmes, et porte-parole sur les réseaux sociaux des femmes victimes de violences sexistes et sexuelles, et créant son propre mouvement féministe sous le hashtag de #RoseArmy (l'armée de Rose).

En 1996, Rose McGowan a une liaison de courte durée avec l'acteur Matthew Lillard, rencontré sur le tournage de Scream.

En 1997, 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. L'actrice fait ensuite 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. Ils se séparent et se remettent ensemble plusieurs fois. Leur relation prend fin en 2009 après l'annulation de leur mariage.

Le 12 octobre 2013, elle épouse l'artiste Davey Detail avec qui elle vivait depuis l'année précédente. Elle demande le divorce en février 2016.

Depuis la fin de l'année 2016, elle confirme sa relation avec Josh Latin, un producteur de musique.

Bien avant que l'affaire n'éclate au grand jour, Rose McGowan révèle en 2016 sur Twitter avoir été violée par un célèbre producteur hollywoodien. En octobre 2017, elle annonce qu'il s'agit du producteur Harvey Weinstein, que les faits remontent à 1997 et qu'elle a été liée au producteur par un accord de confidentialité.

En mars 2018, elle fait son coming out non binaire. En 2019, elle officialise sur Instagram sa relation avec Rain Dove, mannequin non binaire. Elles se séparent en juin 2019.

Lors d'une interview en janvier 2019, Rose explique avoir eu des relations avec des femmes par le passé, mais qu'elle a choisi de cacher sa sexualité pour éviter les conséquences sur sa carrière à Hollywood.