Gizem Karaca, 9 Temmuz 1992 tarihinde İstanbul’da dünyaya gelmiştir. Annesi Münevver Karaca ve babası Cüneyt Karaca, köken olarak anne tarafından Arnavut, baba tarafından ise Selaniklidir. Ailesinin iş nedeniyle Amerika’ya taşınması sonucu, çocukluğunu ABD ve Kanada’da geçirmiştir. İlkokula Türkiye’de başlamış, ancak ailesinin taşınmasıyla eğitimine New York’ta devam etmiş ve lise eğitimini Florida’da tamamlamıştır. 2007 yılında henüz 14 yaşındayken Türkiye’ye dönmüş ve İstanbul’da lise öğrenimini tamamlamıştır.
2010 yılında İstanbul Üniversitesi Fransız Dili ve Edebiyatı bölümüne kabul edilen Gizem Karaca, üniversiteye başladığı yıl Uğurkan Erez ajansından gelen teklif üzerine eğitimini dondurmak zorunda kalmıştır. Aynı yıl, “Muhteşem Yüzyıl” dizisinin ilk dört bölümünde figüran olarak yer alarak oyunculuk kariyerine ilk adımını atmıştır. 2011 yılında katıldığı Miss Turkey yarışmasında ikinci olmuş, bu başarı onun medya dünyasında daha fazla tanınmasına zemin hazırlamıştır.
2012 yılında yayınlanan “Eve Düşen Yıldırım” dizisinde başrol alarak oyunculuk kariyerine hızlı bir başlangıç yapmıştır. Hemen ardından “Emir’in Yolu” adlı dizide, Güneş Sancaktar karakteriyle başrol oynamış, ancak dizi 13. bölümde yayından kaldırılmıştır. Bu süreçte Amerika’ya giderek New York Film Akademisi'nde oyunculuk eğitimi almıştır.
2013 yazında “Benim Hala Umudum Var” adlı dizideki başrolüyle ekranlara geri dönmüş ve izleyicilerden büyük ilgi görmüştür. 2014 yılında ise sinema dünyasında da adını duyurmuş, “Seni Seviyorum Adamım” adlı filmde başrol oynamıştır. Aynı yıl, “Güzel Köylü” adlı dizide Mehmet Ali Nuroğlu ve Berk Cankat ile başrolü paylaşarak, Türk televizyonunun en sevilen projelerinden birinde yer almıştır.
2017 yılı Gizem Karaca için yoğun bir dönem olmuştur. Aynı yıl “İçimdeki Fırtına” adlı dizideki rolüyle izleyicilerin karşısına çıkarken, “Kara Sevda” dizisinde de Komiser Mercan karakteriyle kısa bir süreliğine rol almıştır.
Son olarak, Ayhan Özdemir ve Zeynep Korkmaz’ın yönetmenliğini üstlendiği “Sosyetik Gelin” dizisinde Selin karakterine hayat vermiştir.
Başarılı oyuncu Gizem Karaca, 16 Eylül 2017 tarihinde işletmeci Kemal Ekmekçi ile evlenmiştir. Hem oyunculuk hem de kişisel hayatındaki başarılarıyla dikkat çeken Karaca, kariyerine farklı projelerle devam etmektedir.
