Summer Glau se narodila 24. července 1981 v San Antoniu v Texasu. Její otec byl generálním dodavatelem a matka učitelkou. Má dvě mladší sestry, Caitlin a Christie. Od útlého věku se věnovala baletu a dalším formám tance. V dětství získala stipendium na studium na prestižní baletní akademii v San Antoniu, kde se intenzivně věnovala klasickému baletu, ale také tangu a flamencu. Její trénink zahrnoval devět let profesionálního baletu, což jí později pomohlo v hereckých rolích vyžadujících fyzickou zdatnost a choreografii. Původně plánovala kariéru v tanci, ale zranění kotníku, které utrpěla v době, kdy jí bylo kolem šestnácti let, ji přimělo přehodnotit její plány a zaměřit se na herectví. Přestěhovala se do Los Angeles, kde začala hledat herecké příležitosti.
Její první profesionální hereckou rolí byla v roce 2002, kdy se objevila v epizodě seriálu „Angel“ (spin-off seriálu „Buffy, přemožitelka upírů“) s názvem „Waiting in the Wings“ jako baletka. Právě zde si jí všiml režisér Joss Whedon, který ji obsadil do role, jež jí přinesla celosvětové uznání.
Klíčovou rolí, která Summer Glau proslavila, byla postava River Tam v kultovním sci-fi seriálu „Firefly“. Seriál se začal vysílat v roce 2002 a ačkoli byl po jedné sezóně zrušen, získal si obrovskou fanouškovskou základnu. Glau ztvárnila mladou, psychicky narušenou, ale geniální dívku se zvláštními schopnostmi, která byla obětí vládního experimentu. Její role vyžadovala kombinaci zranitelnosti, šílenství a neuvěřitelných bojových dovedností, které Summer Glau dokázala mistrně ztvárnit díky svému tanečnímu a fyzickému tréninku. Za tuto roli získala v roce 2005 Saturn Award v kategorii „Nejlepší herečka ve vedlejší roli“.
Po zrušení seriálu se fanoušci dožadovali pokračování, a tak v roce 2005 vznikl celovečerní film „Serenity“, který navázal na příběh seriálu. Summer Glau si zde zopakovala roli River Tam a její výkon byl opět velmi ceněn. Film umožnil hlubší prozkoumání její postavy a její bojové scény patřily k vrcholům snímku.
Po úspěchu „Firefly“ a „Serenity“ se Summer Glau objevila v několika dalších televizních projektech. V roce 2006 si zahrála v několika epizodách sci-fi seriálu „The 4400“ jako Tess Doerner, schizofrenní žena s telekinetickými schopnostmi. Tato role jí opět umožnila předvést komplexní postavu s psychickými problémy.
Další významnou rolí v její kariéře byla postava kyborga Cameron Phillips v seriálu „Terminator: The Sarah Connor Chronicles“, který se začal vysílat v roce 2008. Seriál navazoval na filmovou sérii „Terminátor“ a Summer Glau zde ztvárnila terminátorku, která chrání mladého Johna Connora. Její ztvárnění stroje, který se učí lidským emocím, bylo velmi dobře přijato kritikou i diváky. Za roli Cameron získala v roce 2008 Saturn Award v kategorii „Nejlepší herečka ve vedlejší roli v televizi“ a v roce 2009 byla nominována na stejné ocenění.
Po zrušení „Terminator: The Sarah Connor Chronicles“ v roce 2009 se Summer Glau nadále objevovala v mnoha populárních seriálech. Opět spolupracovala s Jossem Whedonem v seriálu „Dollhouse“ (2009–2010), kde si zahrála dvojí roli: v jedné epizodě se objevila jako jedna z osobností Echo a v druhé sezóně jako Bennett Halverson. V roce 2010 se objevila v epizodě seriálu „Chuck“ a v roce 2011 v seriálu „The Cape“.
V letech 2011–2012 ztvárnila opakující se roli Skylar Adams v sci-fi seriálu „Alphas“. Mezi další hostující role patří například epizoda seriálu „Castle“ (2012), kde si zahrála Kendall Frost. V roce 2013 se přidala k obsazení seriálu „Arrow“ v opakující se roli Isabel Rochev, antagonistky spojené s firmou Queen Consolidated, která se později stane superzloduchou Ravager. V roce 2014 se objevila v seriálu „Sequestered“ a v roce 2016 v seriálu „Wu Assassins“.
Na filmovém plátně se Summer Glau objevila v několika menších rolích a nezávislých filmech. V roce 2006 si zahrála v hororovém filmu „Mamooth“ a v roce 2010 v televizním filmu „Deadly Honeymoon“. V roce 2013 se objevila v komediálním fantasy filmu „Knights of Badassdom“, kde si zahrála roli Gwen.
Kromě hraní před kamerou se Summer Glau věnovala i hlasovému herectví. V roce 2010 propůjčila svůj hlas postavě Supergirl v animovaném filmu „Superman/Batman: Apocalypse“. V roce 2014 dabovala postavu Wendy Darling v animovaném seriálu „Peter Panzerfaust“.
Summer Glau si střeží své soukromí, ale některé informace o jejím osobním životě jsou veřejně známé. V roce 2015 se provdala za Vala Morrisona. Pár má spolu dvě dcery. Jejich první dcera, Milena Jo Morrison, se narodila v lednu 2015. Druhá dcera se narodila v roce 2017. Summer je také aktivní na sci-fi a komiksových konvencích, kde se setkává s fanoušky a účastní se panelových diskusí. Je známá svou láskou ke zvířatům a aktivně podporuje útulky pro zvířata.