Phyllis Logan nació el 11 de enero de 1956 en Paisley, Escocia, Reino Unido.

Logan estudió en la Royal Scottish Academy of Music and Drama en Glasgow y se graduó con la medalla de oro James Bridie en 1977.

Después de la graduación, se unió al Dundee Repertory Theatre. También trabajó regularmente en la televisión escocesa, con la producción de BBC The White Bird Passes, en donde conoció al escritor y director Michael Radford, con quién trabajaría despues para su primer largometraje: Otro tiempo, Otro lugar (1983). Radford le dió a Logan el papel principal de Janie, por la que ganó un Gold Award a la Mejor Actriz en el Taormina Film Festival y el Evening Standard Award a la Mejor Actriz en 1983 y el Premio BAFTA al Mejor Artista Revelación al Cine en 1984.

Antes de su reciente éxito en Downton Abbey, Logan fue la más identificada con el papel de Lady Jane Felsham, coprotagonizada con Ian McShane durante ocho años en casi 50 episodios de Lovejoy, una comedia dramática para televisión.

Logan también tuvo un papel en la película de Mike Leigh de 1996 Secretos y Mentiras. Logan proporcionó la voz de difusión de Ingsoc, en una versión cinematográfica de Mil novecientos ochenta y cuatro (1984) y el monstruo de Loch Ness en la caricatura de Freddie como F.R.O.7 (1992).

Logan participó en la serie de radio Coming Alive and Baggage. Interpretó el interés amoroso del Inspector Frost en If Dogs Run Free, la última historia de la serie A Touch of Frost (1992-2010)

Logan ha interpretado a la Sra. Hughes, la ama de llaves, en las seis temporadas del drama de época Downton Abbey (2010-2015), papel que le valió popularidad internacional. La actriz conoció al actor Kevin McNally en 1994 y se casaron el 15 de agosto de 2011.