Gemma fikk sin utdannelse av sine brødre og søstre og var elev på en skole drevet av kongregasjonen St. Zitas Søstre, som var grunnlagt av den salige Helena Guerra. Hun mottok sin første kommunion den 17. juni 1887. Hun var en god student, og selv om hun var stille og reservert, hadde hun et smil til alle. Etter å ha vunnet en konkurranse for alle elevene i Spoleto, gikk hun på prisutdelingsseremonien sammen med sin far. Hun hadde på seg sine fineste klær, inkludert et gullur. Midt i seremonien hørte hun en klangfull stemme som bare kunne tilhøre hennes skytsengel. Hvordan våget hun å bære smykker, sa engelen og erklærte at den eneste utsmykningen som sømmer seg en brud av den korsfestede Kristus, er en tornekrone. Gemma bestemte seg da straks for aldri å bære smykker igjen eller i det hele tatt snakke om dem.
Hun måtte slutte skolen på grunn av dårlig helse før hun var ferdig. I 1894 døde også hennes storebror Gino, som hun var svært knyttet til, av tuberkulose. Faren, som var apoteker i Camigliano, tok sine tap så tungt at han forsømte sin forretning. Legeregningene hadde også vært en stor økonomisk belastning, og det endte med at forretningen gikk konkurs i 1896, og året etter døde også han av strupekreft. Gemma pleide ham den siste tiden. Samme dag som han ble gravlagt kom kreditorene og tømte hele huset, og de lette til og med gjennom Gemmas lommer etter mynter.
Da var Gemma 18 år, og fra den tid besto hennes liv av prøvelser og kontinuerlig, intens lidelse, både fysisk og åndelig. Men gjennom det hele bevarte hun freden og sin oppriktige tro. Juledag samme år hørte hun Kristus be henne om å konsekrere sin jomfruelighet til ham, noe hun villig gjorde. Hun ble nå som en mor for sine syv søsken. Da noen av dem var store nok til å dele ansvaret, ble hun sendt for å bo en kort stund hos en gift tante. Hun var en svært vakker ung kvinne, og to unge menn fridde til henne. Men Gemma ville bare vie seg til Gud. Hennes åndelige veileder tilhørte pasjonistordenen (Congregatio Passionis Iesu Christi – CP), og hennes høyeste ønske var å slutte seg pasjonistsøstrene (Suore Passioniste di San Paolo della Croce – CP) i Tarquinia, men de ville ikke ta opp en «sykelig og overspent kvinne» i sin kommunitet. For hennes helse hadde skapt problemer helt fra barndommen.
Som 19-åring vendte hun tilbake til hjemmet, og like etter ble hun syk med hjernehinnebetennelse og tuberkulose i ryggmargen. Gradvis mistet hun hørselen og noe av håret, og i tillegg ble hun helt lammet. Hun ble sengeliggende i over et år. Den 2. februar 1899 mottok hun den siste olje, da legen regnet med at hun ville dø. Men da skjedde det et under: Den unge kvinnen var plutselig helt helbredet. Selv sa hun at hun var blitt helbredet etter å ha bedt til den ærverdige (senere hellige) Gabriel Possenti, en pasjonist som hun hadde en spesiell hengivenhet for og som selv hadde dødd av tuberkulose 24 år gammel i 1862. Gabriel viste seg for henne, kjærtegnet henne og kalte henne «søster». Han tok av pasjonistemblemet fra prestekjolen sin og trykket det mot hennes bryst og lot henne holde det og kysse det.
Hun hadde noen svært merkelige opplevelser, som alle ble nøye undersøkt av hennes skriftefar, p. Germano av St. Stanislas CP. Kvelden før Jesu hjertefest, den 8. juni 1899, falt hun plutselig i ekstase. Da hun igjen kom til seg selv, hadde hun fått stigmata, Den korsfestedes sår. Mellom juni 1899 og februar 1901 kom sårene til syne hver torsdag og blødde til fredag og ga henne uutholdelige smerter. Deretter lukket de seg og etterlot bare hvite arr på huden. I tiden som fulgte, opplevde den unge kvinnen også Jesu tornekroning (19. juli 1900), pisking (1. mars 1901) og blodsvette i Getsemane. I sin store ydmykhet prøvde hun å holde sine stigmata hemmelig, og hun bar svarte hansker og en kjole som lignet en nonnedrakt. I 1901 forbød hennes skriftefar henne å akseptere sårmerkene, og gjennom hennes bønner opphørte fenomenet. Men de hvite arrene var synlige helt til hennes død.
Med hjelp fra sin åndelige veileder kunne Gemma flytte til Lucca for å være tjenestejente hos de fromme og velstående Matteo og Cecilia Giannini, som behandlet henne som en adoptivdatter. Der fikk hun større frihet enn hjemme til sitt åndelige liv. Hun gjorde husarbeid og hjalp til med oppdragelsen av barna.
Hennes høyeste ønske var å leve i det skjulte og å tjene Gud. Hun bar sine plager og sin fornedring med et barns tillit til sin himmelske Far. Hennes barnlige fromhet førte til merkelige hendelser; for eksempel pleide hun å sende brev gjennom sin skytsengel: «Jeg overlater dette brev til min skytsengel. Han står ved siden av meg og venter». Og det ufattelige hendte: Dette og mange andre brev kom alltid i adressatens hender, uten postens innblanding. Hun var ofte i en ekstatisk tilstand og opplevde visjoner av Kristus og Jomfru Maria. I ekstase ble hennes stemme forandret, og mange av hennes samtaler i ekstase ble skrevet ned av døtrene i familien Giannini, Cecilia, Giustina, Eufemia og Annetta. Av og til oppførte hun seg på en måte som hun tilskrev diabolske angrep: I sin besatte tilstand spyttet hun på et krusifiks og ødela en rosenkrans. En gang hun var ute i hagen, fylte demonene henne med så sterke kjødelige lyster at hun styrtet for å slokke dem i det iskalde vannet i brønnen.
Gemma tjente Herren ydmykt og knyttet seg nært til Korsets mysterium. Hun ga stadig opp mer av seg selv, og hun sa: «Jeg lever ikke lenger, men i stedet lever Kristus i meg». Hennes biograf skrev: «Hennes hjerte brant som en ildovn. Ofte var hennes klær svidd i området rundt hjertet». En dag krummet tre av Gemmas ribbein i nærheten av hjertet seg i rett vinkel, noe som tidligere også var skjedd med de hellige Filip Neri og Paul av Korset. Tyve år etter Gemmas død kunne leger fortsatt slå fast denne krumningen av ribbeina.
I januar 1903 oppdaget legene at hennes tuberkulose var kommet tilbake, og denne gangen kunne hun ikke reddes. Hun døde påskeaften, den 11. april 1903 i Lucca, 25 år gammel. Straks begynte folk å stille seg i kø for å se hennes døde legeme. Hun ble gravlagt sammen med en kopi av sin selvbiografi. Det skjedde i kirken til pasjonistnonnene, de samme søstrene som nektet å ta imot henne. Det oppsto raskt en folkelig kult, og allerede senere på våren ble hennes legeme gravd opp igjen. Det ble snakket om en saligkåringsprosess, og i den forbindelse åpnet leger hennes bryst og tok ut hjertet. Det var like friskt, og under kirurgens kniv sprutet det blod ut over hele bordet.
Hun ble gravlagt igjen, men denne gangen sørget hennes åndelige veileder for et monument for å skjelne hennes grav fra andre. Flere pilegrimer strømmet til enn noen sinne. I 1917 ble saligkåringsprosessen innledet. I 1923 ble hennes legeme overført til en helligdom ved pasjonistklosteret i Lucca. Dette klosteret forutså hun at ville bli bygd, men det skjedde ikke før to år etter hennes død.
Saligkåringsprosessen møtte motstand fra noen på grunn av karakteren til noen av fenomenene som var knyttet til henne. Men det ble påpekt fra autoritativt hold at hun ble anbefalt for saligkåring utelukkende på grunn av sitt hellige liv. Hun ble saligkåret den 14. mai 1933 av pave Pius XI (1922-39). Den 26. mars 1939, på pasjonssøndagen, undertegnet pave Pius XII (1939-58) dekretet som anerkjente et mirakel på hennes forbønn. Hun ble helligkåret den 2. mai 1940 av pave Pius XII. Hennes kult vokste da hennes korrespondanse på 230 brev til sin åndelige veileder, p. Germano, og hennes skriftefar, biskop Volpi, ble offentliggjort i 1941.
I 1955 ble hennes legeme overført til en nybygd helligdom i hvit og firkantet ultramoderne arkitektur. På hennes grav står det: «Hun ble fortært av kjærlighetens ild». Gaten i Lucca hvor hun bodde, ble omdøpt til Via Santa Gemma. Familien Gianninis hus er bevart som det var da Gemma bodde der. Hennes minnedag er dødsdagen 11. april (14. mai nevnes også). Hennes navn står i Martyrologium Romanum. Hun fremstilles som en ung kvinne i bønn, ofte med sårmerker eller med et symbol av hjerte og kors på brystet.