Terminou em 1963 os estudos superiores na Escola Médica da Universidade de Oslo e, em 1965 obteve o grau de Mestre em Saúde Pública na Universidade de Harvard. Entre 1966 e 1969, trabalhou como médica do departamento de saúde, (Helsedirektoratet), tendo posteriormente sido responsável pelos serviços de saúde escolar de Oslo.

Em 1974 é nomeada ministra do Ambiente, e em 1981 é nomeada Primeira Ministra da Noruega. Ocupou o cargo entre fevereiro e Outubro, altura que que os sociais democratas saem derrotados nas eleições parlamentares, tendo sido até a data a única mulher a chefiar um governo norueguês. Nas eleições de 1985, o seu partido saiu vencedor, mas a coligação de Kåre Willoch obteve a maioria parlamentar por um só voto de diferença. Entre 1986 e 1989 dirigiu um governo minoritário socialista. Entre 1983 e 1987 presidiu à Comissão Brundtland, da Organização das Nações Unidas, dedicada ao estudo do meio ambiente e a sua relação com o progresso. Em 1990, ocupou novamente a chefia do governo ao derrotar M. Syse.