Figlia di Carlo Battistoni, regista teatrale, e Lucia De Laurentiis, insegnante di pianoforte da cui ha mutuato il cognome d’arte, Gaia De Laurentiis fu studentessa al liceo francese Chateaubriand di Roma, e a 17 anni si sottopose a un provino per essere ammessa ai corsi del Piccolo di Milano dal quale uscì diplomata nel 1990.
Dopo il diploma di teatro fu Margherita nel Faust di Goethe riadattato da Giorgio Strehler (1989-90) e, a seguire, Clarice nell’Arlecchino di Goldoni sempre per lo stesso regista e, nel 1991, apparve in un film Rai per la TV diretto da Carlo Carlei, Capitan Cosmo, insieme a Walter Chiari nel suo ultimo ruolo prima della morte; il film, primo esperimento cinematografico in alta definizione in Italia, uscì, tuttavia, solo due anni più tardi.
Negli anni novanta ha avuto anche alcune esperienze come doppiatrice, come nella serie animata giapponese Zorro, dove presta la voce al personaggio di Lolita.
Nel 1992 esordì in televisione su Rete 4 con Senza fine, sceneggiato televisivo ritirato quasi subito dalle scene e rimesso in onda a inizio 1993 come Camilla… parlami d’amore ma chiuso di nuovo dopo due puntate, e più tardi fu su Canale 5 alla guida di Target, programma domenicale in seconda serata condotto per quattro anni fino al 1997.
In seguito, oltre all’impegno di attrice teatrale, cinematografica e televisiva come Sei forte, maestro (2000) e Io e mamma (2007), condusse l’edizione 1997-98 di Ciro, il figlio di Target, su Italia 1.
Negli anni duemila, oltre a proseguire la sua carriera d’attrice, ha condotto nel sabato pomeriggio di Canale 5 la trasmissione Changing Rooms – Camera a sorpresa nel 2004, mentre dal 2008 è una delle inviate per la trasmissione di Rete 4 Stranamore e conduce alcune trasmissioni per il canale della piattaforma Sky, Leonardo. È inoltre conduttrice di alcune televendite per i programmi Mediaset.
Tra i suoi ultimi spettacoli, nel 2006, assieme all’attrice Valeria D’Obici, è Buonanotte mamma, tratto dall’omonimo film, sceneggiato da Marsha Norman.
Nel 2015 entra a far parte del cast della quindicesima e ultima stagione di CentoVetrine nel ruolo di Gaia Fanizza. Nel 2016 è tra i protagonisti di due cortometraggi: Deathless, diretto da David Melani, e Stella Amore, per la regia di Cristina Puccinelli.
Dal 22 febbraio 2017 torna dopo diversi anni alla conduzione televisiva presentando il programma Missione Green, in onda in seconda serata su La5. È anche attrice di teatro, portando in scena, tra l’altro, dalla stagione 2016/2017, L’inquilina del piano di sopra di Pierre Chesnot, per la regia di Stefano Artisunch e a fianco di Ugo Dighero.