Родилась в Москве.

В 1955 году - окончила школу-студию МХАТ.

В 1956 году - вошла в группу основателей «Студии молодых актеров» (впоследствии – Московский театр «Современник»).

В 1972 году - стала главным режиссером театра «Современник», а в 1989 году – его художественным руководителем.

Актерские работы Галины Волчек: Нюрка-хлеборезка («Вечно живые» Виктора Розова, 1956), Зоя («Пять вечеров» Александра Володина, 1959), Грачиха («Без креста» по Владимиру Тендрякову, 1963), Мать («Назначение» Володина, 1963), Анна Андреевна («Ревизор» Николая Гоголя, 1983) и др.

Начав свою художественную карьеру в качестве актрисы и достигнув на этом поприще успехов, в 1961 году стала заниматься режиссурой. Ее дебют – спектакль «Двое на качелях» (1962) по пьесе Уильяма Гибсона просуществовал в репертуаре «Современника» более трех десятилетий.

С 1957 года – актриса кино. Среди фильмов, в которых она снялась, —«Дон Кихот» (1957), «Берегись автомобиля» (1966), «Король Лир» (1970), «Осенний марафон» (1979), «Уникум» (1983), «Кто боится Вирджинии Вульф?» (фильм-спектакль, 1992), «Двадцать минут с ангелом» (фильм-спектакль, 1996).

Народная артистка СССР (1989), лауреат Государственной премии СССР (1967), премии президента РФ в области литературы и искусства (2001), премии «Своя колея» (2001), международной премии К. С. Станиславского (2002), премии имени Г.А. Товстоногова «За выдающийся вклад в развитие театрального искусства» (2006), премии «Звезда Театрала» (2011) и др.

Награждена орденами Трудового Красного Знамени (1976), Дружбы народов (1993), «За заслуги перед Отечеством» III (1996), II (2003) и I степеней (2008).

Академик Российской академии кинематографических искусств «НИКА».