Галина Сергеева родилась 19 января (2 февраля) 1914 года в деревне Нижние Котлы (ныне в составе города Москва). Окончила ВГИК (мастерская Л. В. Кулешова).
С 1930 года - актриса Театра-студии под руководством Р. Н. Симонова;
В 1939-1944 годы - актриса театра имени Ленинского комсомола;
В 1944-1948 годы и в 1952-1956 годы - актриса МАДТ имени Е. Б. Вахтангова.
В кино с 1934 года. Выступала также на эстраде.
Была замужем за знаменитым тенором И. С. Козловским. В возрасте 76 лет вышла замуж за 78-летнего актёра Большого театра В. В. Горбунова.
Г. Е. Сергеева умерла 1 августа 2000 года. Похоронена на Троекуровском кладбище в Москве.