Gisela Freiin von Weitershausen ist Urenkelin des Reichskanzlers Georg von Hertling. Ihr Vater war Offizier, ihre Mutter entstammt einem preußischen Adelshaus. Ihre Eltern flüchteten mit ihr und ihren fünf Geschwistern aus Schlesien. Sie besuchte eine Rudolf-Steiner-Schule und erhielt Schauspielunterricht in München. Gila von Weitershausen spielte am Fränkischen Landestheater und später auch an den Münchner Kammerspielen. In Los Angeles besuchte sie eine Filmschule.
Ende der 1960er Jahre wurde sie durch einige leichte deutsche Komödien populär, wie Engelchen oder Die Jungfrau von Bamberg (1968) und dem ersten Teil der Serie Die Lümmel von der ersten Bank, wo sie an der Seite von Hansi Kraus und Uschi Glas spielte. 1969 spielte sie unter der Regie von May Spils als Christine an der Seite von Werner Enke in dem Film Nicht fummeln, Liebling.
Sie war von 1966 bis 1972 mit dem Schauspieler Martin Lüttge verheiratet. Die Beziehung brach jedoch bereits früher auseinander. Von 1970 bis 1973 war sie mit dem französischen Filmregisseur Louis Malle liiert, der der Vater ihres Sohnes Manuel Cuotemoc (* 1971) ist und unter dessen Regie sie eine Rolle in Herzflimmern übernahm. 1981 spielte sie an der Seite von Hanna Schygulla und Bruno Ganz in Die Fälschung unter der Regie von Volker Schlöndorff. 1983 drehte sie u.a. in Hallstatt an der Seite von Jeremy Irons The Captain's Doll. Sie ist bis heute in zahlreichen Fernsehfilmen und Serien (u. a. Der Landarzt, 1987–1992) zu sehen. Daneben spielt sie gelegentlich bei Tourneen auch Theater. Seit 1994 ist sie mit dem Radiologen und Psychoanalytiker Dr. Hartmut Wahle verheiratet.