Детство и юность Бебел Жилберту прошли в Рио-де-Жанейро, Бразилия. Она начала заниматься пением с подачи матери и в возрасте семи лет записала пару песен для её первого сольного альбома «Miucha». В девять Бебел уже участвовала вместе с Миучей и саксофонистом Стэном Гетцем в джазовом фестивале в Нью-Йорке, в Карнеги-холл. Через некоторое время она осваивает театральные подмостки: выступает в популярных мюзиклах «Os Saltimbancos» (и участвует в записи саундтрека для него) и «Pirlimpimpim». Позже Бебел поступила в экспериментальную театральную труппу, дающую представления с цирком Circo Voador («Летающий цирк») в Ipanema Beach. Там она познакомилась и подружилась с певцом и композитором Казузой, ставшим в 1980-е одной из самых известных рок-звёзд Бразилии.
В это время Жилберту начала писать песни в соавторстве с Казузой и Де (порт. Dé). Одна из их песен - «Preciso Dizer Que Te Amo» - стала национальным хитом и получила несколько музыкальных наград, в том числе звание лучшего сингла года по версии Brazilian Sharp Award. Вместе с соотечественником, певцом Педринью Родригесом, в 1983 году Изабел приняла участие в создании альбома «Un Certo Geraldo Pereira». А через три года она записала на Warner Music свой первый миньон, который включал знаменитые песни «Preciso Dizer Que Te Amo» и «Mais Feliz».
В 1991 году Бебел переехала в Нью-Йорк, где приняла участие в проходившем в Бруклинской академии музыки шоу-трибьют бразильской звезде Кармен Миранде, с участием Лори Андерсон и Naná Vasconcelos. В США, создав свою собственную группу, Жилберту стала осваивать нью-йоркскую сцену, выступая в престижных клубах и концертных залах, включая Линкольн-центр.
На протяжении девяностых годов Бебел сотрудничала со многими музыкальными звёздами: Arto Lindsay, Thievery Corporation, Дэвидом Бирном, Това Тэй, Каэтану Велозу, Шику Буарки. К середине 1990-х она добилась международного признания как композитор с танцевальными хитами «Technova» и «Batucada», созданными в сотрудничестве с Това Тэй и Arto Lindsay. Изабель начинает заниматься музыкой для кино. Одна из самых известных её работ - саундтрек к фильму режиссёра Брэда Андерсона «Следующая остановка - Страна чудес» с участием актёра Филип Сеймур Хоффман.
В конце 1990-х Жилберту переехала в Лондон, где занялась подготовкой материала для дебютного альбома. В Англии она познакомилась с сербским музыкантом и композитором Субой, который написал и спродюсировал несколько треков для этого альбома. Там же она сотрудничала с диджеем и продюсером Amon Tobin, голландским дуэтом Arling&Cameron и певицей Ниной Мирандой.
Дебютный полноформатный «Tanto Tempo» (2000 г.) продан более чем миллионом копий по всему миру, альбом был номинирован на Latin Grammy Awards в двух категориях - «Лучший новый артист» и «Лучший альбом бразильской поп-музыки».
Её второй альбом, «Bebel Gilberto» (2004 г.), был также тепло встречен публикой и критикой, получив MOBO Award в Великобритании, а устроители музыкальной премии Грэмми отметили его несколькими номинациями.
На популярные треки с дисков Бебел записываются и выпускаются три альбома ремиксов. Её песни звучат в кино и на телевидении: в «Nip/Tuck», «Entourage», «Closer». Дуэтом с Майком Паттоном она записывает песню «Caipirinha», которая затем появится на альбоме проекта Peeping Tom. Жилберту широко гастролирует по всему миру, представляя публике свои вариации любимой босса-новы.
В 2006 году Изабел начала писать и продюсировать песни, которые потом стали частью её третьего альбома «Momento», выпущенного в апреле 2007-го. На этом альбоме Жилберту сотрудничала с британским продюсером Guy Sigsworth, а помогали ей друзья Didi Gutman и Sabina Sciubba из нью-йоркской группы «Brazilian Girls», а также «Orquestra Imperial» из Рио-де-Жанейро.
В августе 2009 года Бебел Жилберту выпустила четвёртый, последний на сегодняшний день, студийный альбом «All in One».
Певица также озвучила Еву, жену тукана Рафаэля, из мультфильма «Рио», который вышел в прокат в 2011 году.