Fille de Robert Perreau-Saussine, né en France, et d'Eleanor Child Perreau-Saussine, elle est née sous le nom de Ghislaine Elizabeth Marie Thérèse Perreau-Saussine. Perreau a connu le succès en tant qu'actrice enfant dans plusieurs films. Elle s'est retrouvée dans ce métier un peu par hasard. Son frère aîné Gerald passait des auditions pour le rôle du fils du personnage principal dans Madame Curie. Comme leur mère ne trouvait pas de gardienne, elle a amené Gigi avec elle. La petite fille de deux ans, qui parlait français, a obtenu le rôle (non crédité) de la fille de Madame Curie, Ève (tandis que Gerald devrait attendre un an avant de faire ses débuts au cinéma dans Passage pour Marseille).
Elle a également joué la fille des personnages de Claude Rains et de Bette Davis dans le film de 1944 Mr. Skeffington. Dans Shadow on the Wall, elle a incarné l'unique témoin d'un meurtre. Reconnue comme la « meilleure actrice enfant de 1951 », cette enfant de dix ans s'est vu remettre les clés de la ville de Pittsburgh par son maire, et futur gouverneur de Pennsylvanie, David L. Lawrence. Elle était la plus jeune personne à recevoir cet honneur. Perreau a joué la fille adolescente rebelle de Fredric March dans The Man in the Gray Flannel Suit en 1956. Cependant, sa carrière cinématographique a perdu de son élan en devenant adulte, elle s'est donc tournée vers la télévision.
En 1959, elle a joué une amie de Shelley Fabares dans The Donna Reed Show, et a eu un rôle de soutien dans la série comique The Betty Hutton Show, aux côtés de son frère Gerald. En 1960, Perreau et Robert Harland ont joué Sara Lou et Lin Proctor, un jeune couple venu de l'est qui s'est enfui et se dirige vers l'ouest, dans la série western Stagecoach West avec Wayne Rogers et Robert Bray. Également en 1960, Perreau a été engagée pour jouer Julie Staunton dans un épisode de The Islanders, situé dans le Pacifique Sud. Elle a été engagée dans « Don Gringo » et « The Promise », ainsi que dans The Rebel. En 1961, elle a joué Mary Bettelheim dans un épisode de The Roaring 20s. Elle a obtenu un rôle récurrent dans la série Follow the Sun de 1961 à 1962 en tant que secrétaire, Katherine Ann « Kathy » Richards. Elle a fait des apparitions invitées dans The Rifleman en 1960 et 1961. Elle a fait des apparitions invitées dans Perry Mason. En 1964, elle a également joué aux côtés de Lucy, une fermière accablée, dans un épisode de Gunsmoke. En 1970, elle est apparue dans The Brady Bunch en tant que professeure de mathématiques qui devient l'objet d'un amour naïf de la part de Greg Brady, l'un de ses élèves.
Dans les années 2000, elle a prêté sa voix aux films d'animation Fly Me to the Moon, A Turtle's Tale : Sammy's Adventures et Crash : The Animated Movie, et a joué dans Time Again.
