Fiona est la fille de l'acteur Daniel Gélin. Sa mère, Sylvie Hirsch, était mannequin et égérie de Christian Dior dans les années 1950. Elle est la demi-sœur de Xavier Gélin et de Maria Schneider, la sœur de Manuel Gélin et la tante de Hugo Gélin. Elle connaît une jeunesse difficile entre alcool, produits stupéfiants et déboires sentimentaux, et met longtemps avant de trouver un équilibre. En 1984, elle pose dans le magazine de charme Lui.

En 1989, elle a un fils se prénommant Milan1 avec Michel Albertini. Pendant un temps compagne de Daniel Hechter, elle en est aujourd'hui séparée. Le 19 octobre 2002, elle épouse à la mairie du 18e arrondissement de Paris Ubaldo Franceschini, un restaurateur d'art, dont elle divorce cinq ans plus tard. En septembre 2016, elle fait son coming-out en révélant être bisexuelle lors d'une entrevue avec Ici Paris2.

En novembre 2017, Fiona Gélin se confie à un média traitant du handicap et de l'humain. Le 21 juin 2018, elle apporte sa contribution au livre pour enfants Tatoublié de A à Z, écrit par Rom Juan, auteur qui fait la lecture de Retour d'errance et de Si fragile (les autobiographies de Fiona Gélin) dans les hôpitaux pour apporter un regard neuf sur la psychiatrie. À la radio, il diffuse souvent l'album Passeport de Fiona Gélin.

Fiona Gélin est ambassadrice de la République de Montmartre depuis janvier 2019 ; elle marraine les associations : Paroles de Femmes, La Roue tourne, SOS Addictions, Violette Justice et la Ligue des droits de l'enfant.