Fiona Gubelmann se mudó a Los Ángeles para asistir a UCLA, donde estudió teatro. Hizo su debut como actriz en televisión en 2003 en la comedia de la UPN The Mullets, e hizo su debut cinematográfico al año siguiente en la comedia Employee of the Month. Apareció como estrella invitada en varias series de televisión, incluidas Mad Men (2007), Modern Family (2009) y New Girl (2011), y en algunas películas durante los siguientes años y continuó trabajando en teatro. Gubelmann ganó popularidad como la protagonista femenina de la serie Wilfred (2011-2014). Para su papel como Jenna Mueller, tuvo que audicionar y fue llamada varias veces más en el transcurso de tres semanas y media. También audicionó con Elijah Wood y Jason Gann para que los productores pudieran ver si ella tenía química en pantalla con sus posibles coprotagonistas. A principios de 2017, participó Lori en la serie de Netflix One day at a time y desde 2018 interpreta a la doctora Morgan Reznick en The Good doctor.