Kelli Brianne Garner est né à Bakersfield, en Californie et a passé son enfance à Newbury Park avant que sa famille s'installe à Thousand Oaks. Durant sa jeunesse, elle se décrit comme étant une jeune fille timide et réservée, toutefois cela ne l’empêche pas de se démarquer et commence sa carrière à l'âge de 16 ans, repérée par un agent dans le Bar Mitzvah d'un ami. Étudiante à Thousand Oaks High School, elle a été choisie dans le court métrage Architecture of Assurance du réalisateur Mike Mills en 2000.
Elle a fait quelques apparitions dans des séries télévisées, dont un épisode de Buffy contre les vampires. Kelli parle bien le français, qu'elle a appris dans des cours particuliers.
Elle a par la suite eu des rôles dans les films indépendants London (2005) et Dreamland (2006), dont ce dernier lui a valu le prix de la meilleure actrice au Method Fest Independent Film Festival, partagé avec la co-star Agnes Bruckner.
En 2015 elle joue un rôle-titre dans la mini-série The Secret Life of Marilyn Monroe, face à Susan Sarandon qui interprète sa mère. Au départ elle va même jusqu'à admettre qu'elle doute qu'elle puisse même avoir une quelconque ressemblance physique avec l'actrice emblématique. « Je me suis juste dit que je pouvais le faire et je l'ai fait. » explique Kelli Garner à propos de sa décision pour interpréter le rôle de Marilyn Monroe dans le long métrage The Secret Life of Marilyn Monroe. Avec Susan Sarandon qui joue la mère de Norma Jeane, Gladys Pearl Monroe, qui va définitivement la convaincre d'être dans le long métrage « une fois que Susan a été liée à cela, tout est devenu plus excitant parce qu'elle est l'une de mes actrices préférées. » explique Garner. Elle déclare également : « Apparemment, nous avons tourné une mini-série de quatre heures, mais je ne m'en souviens pas. C'était le flou le plus grand et le plus fou de ma carrière [...] avec autant de travail que je n'en ai jamais fais, mais c'était tellement amusant. »[3],[4]
