Amy Gilliam è nata e cresciuta a Londra e ha studiato design grafico alla Central Saint Martins School of Art. Dopo diversi tentativi infruttuosi per averla come comparsa bambina, il padre l'ha assunta, quando aveva 18 anni, come assistente ai costumi per Paura e delirio a Las Vegas , che finalmente ha soddisfatto il suo desiderio di incominciare una carriera cinematografica.
In seguito, ha convinto il direttore della fotografia Roger Pratt ad assumerla come apprendista alla cinepresa, per pellicole come Fine di una storia di Neil Jordan, La carica dei 102 - Un nuovo colpo di coda, Chocolat e Iris - Un amore vero. Dopo cinque anni in cui ha lavorato come assistente di direttori della fotografia del calibro di Adrian Biddle, Nicola Pecorini e Peter Sova, è entrata a far parte del gruppo di assistenti alla regia di Lara Croft tomb raider: La culla della vita di Jan de Bont e ha proseguito in questa strada in pellicole come Young Adam, Harry Potter e il prigioniero di Azkaban e Sky Captain and the World of Tomorrow (in cui era anche la controfigura di Angelina Jolie).
Ha ritrovato Terry Gilliam come ciakkista/caricatrice della pellicola del film non terminato The Man Who Killed Don Qixote e ha deciso di fare maggiore esperienza come assistente alla regia ne I fratelli Grimm e l'incantevole strega e Tideland, ricoprendo un ruolo simile per Katja von Garnier in Blood and chocolate - La caccia al licantropo è aperta e lavorando per il regista Paul McGuigan nel reparto addetto alle riprese in Gangster No. 1. Il suo primo impegno come produttrice è arrivato grazie alla pellicola della Infinity Features del 2008 Push, sempre per la regia di McGuigan.