Fille aînée d’Étienne Pascal et d'Antoinette Bégon, Gilberte voit le jour le 2 janvier 1620 à Clermont. Âgée de 11 ans lors de l'installation de son père à Paris, elle participe activement à l'éducation de sa jeune sœur Jacqueline et de son frère Blaise. Au printemps 1640, ils rejoignent leur père à Rouen. C'est dans cette ville qu'elle épouse Florin Périer, le 13 juin 1641.
Leur premier enfant, Étienne, naît à Rouen au printemps 1642. Le couple Périer regagne rapidement Clermont. Outre son fils, Gilberte abandonne son frère et sa sœur pour lesquels elle ressent des sentiments maternels. Cette séparation est difficile. Enceinte de Jacqueline qui va naître durant l'été 1644, Gilberte ne suit pas Florin Périer dans ses nombreux déplacements liés à ses fonctions officielles. Leur troisième enfant, Marguerite, naît à Clermont le 5 avril 1646. A la fin de cette année, Gilberte retourne pour son plus grand plaisir à Rouen, peu de temps après la conversion de sa famille au catholicisme augustinien de Port-royal. Elle se montre très réceptive à cette conversion. Son quatrième enfant, Marie, reçoit le baptême à Rouen le 26 décembre 1647, mais il meurt peu de temps après.
Au mois de novembre 1648, Gilberte est de retour à Clermont où elle retrouve ses deux filles. Toujours soucieuse de la bonne entente familiale, elle supporte mal le conflit entre son père et sa sœur cadette Jacqueline qui souhaite se retirer du monde. Le cinquième enfant du couple prénommé Louis, naît à Clermont le 27 septembre 1651, trois jours après le décès d’Étienne Pascal. En 1653, l'héritage d’Étienne, mal évalué, oppose Gilberte et Blaise à leur sœur Jacqueline. Gilberte se montre très anxieuse de clore ce différend d'autant que sa sixième grossesse se passe mal. Son état semble sans espoir. Cependant, le 26 juillet 1653, elle donne naissance à un garçon, Blaise. Rétablie, elle peut s'occuper de sa fille Marguerite alors âgée de 7 ans qui souffre d'un abcès purulent à l'œil gauche depuis la fin de l'année 1652. Son état nécessite une opération. Gilberte souhaite qu'elle soit pratiquée à Paris. En décembre 1653, elle se rend dans la capitale avec ses deux filles. Dans l'attente de l'opération, elle les place au monastère de Port-Royal de Paris où sa sœur Jacqueline a pris le voile. Gilberte interprète la guérison miraculeuse de Marguerite le 24 mars 1656 comme un soutien de Dieu à la spiritualité de Port-Royal.
Avec la disparition de sa sœur en 1661 et celle de son frère en 1662, Gilberte perd deux êtres qu'elle considérait comme ses enfants et ses maîtres à penser. Ses priorités sont dès lors l’éducation de ses enfants qu'elle veut élever dans l'esprit de Port-Royal et la sauvegarde de la mémoire de Jacqueline et Blaise dont elle va rédiger les biographies. A partir de 1664 ou 1665, elle s'applique avec Florin et son fils Étienne à mettre en ordre les notes éparses de son frère pour une première publication de ses Pensées en 1670. Soucieuse de les présenter dans leur inachèvement, elle refuse tout d'abord toute modification du texte original, puis accepte certains commentaires et retouches du Duc de Roannez.
A la mort de Florin en 1672, Gilberte a cinquante-deux ans. La gestion attentive du patrimoine lui revient. A Clermont, elle regrette la vie intellectuelle parisienne où elle retourne en 1675 pour profiter de ses amis, le duc de Roannez, Mme de Caumartin et la Marquise de Sablé. Elle confie l'éducation de ses deux fils aux oratoriens de Saint-Magloire.
Toujours au cœur du réseau de Port-Royal par son activité épistolaire, Gilberte tente de concilier sa gestion des affaires et sa spiritualité. Aussi éprouve-t-elle une grande joie de voir Louis et Blaise se destiner à l’Église. En 1676, elle rencontre Leibniz afin de diffuser les écrits scientifiques de son frère. En 1678, elle voit aboutir les travaux qui doivent en assurer la mémoire : la publication de la nouvelle édition augmentée des Pensées.
La disparition de ses deux fils assombrit ses dernières années. Sa Vie de M. Pascal est publiée en 1686, l'année de son retour à Paris où elle décède le 25 avril 1687.