Budapest hetedik kerületében született Beyer Gizella néven, apai ágon német, anyain olasz származású volt. Bányamérnök apja baráti unszolásra megvásárolt egy Kálvin téri kávéházat, a vállalkozás azonban az első világháború előestéjén tönkrement, a család pedig eladósodott.
Gizella az angolkisasszonyoknál nevelkedett, majd 1911-ben szülei beleegyezése nélkül jelentkezett az Országos Magyar Királyi Színművészeti Akadémiára, ahol felfigyeltek tehetségére és szépségére, és néhány kisebb szerepet eljátszhatott a Nemzeti Színházban. Nevét előbb Bayerre, majd Bayorra, végül Bajorra változtatta, bár ő maga mindig a Bayor alakot használta. 1915-ben diplomázott, és rögtön szerződtette is a Nemzeti Színház, amelyhez élete végéig hű maradt, csak egyetlen évadot (1924-1925-ben) játszott a Magyar Színházban.
Az 1920-as években már az ország egyik legünnepeltebb művésze volt, ha neve szerepelt a címlapon, az kasszasikert, több mint száz előadást jelentett.
Alakításait a játékosság, a drámai erő és humor mellett gondosan kidolgozott, tudatosan megszerkesztett játék, rendkívüli mimikai készség, páratlan beszédtechnikai tudás jellemezte. Feledhetetlen színpadi csodákra volt képes: Herczeg Ferenc Utolsó tánc című darabjában például az anyát és a lányát is ő alakította. Harsányi Zsolt A bolond Ásvayné című drámájának címszereplőjeként a darab elején 27, a végén 87 éves volt, átalakulását nem a paróka vagy a smink, hanem kifinomult színészi eszközök és a gesztusok változása jelezték.
Pályafutásának egyik legnagyobb diadala a nemes olasz hölgy, Zilia Duca szerepe volt Heltai Jenő A néma levente című verses vígjátékában. Tüneményes játékának hírére csak úgy tódult a közönség, a városi legenda szerint egy alkalommal egyik férfi rajongója így kiáltott fel: „Ezért az asszonyért én is hallgatnék három évig”. A Klabund írói álnéven alkotó Alfred Henschke mesejátékában, a Krétakörben nyújtott alakításának hírére a szerző is Budapestre utazott, hogy a színpadon lássa a varázslatos színésznőt, akinek utolsó nagy szerepe Lady Milford volt Schiller Ármány és szerelem című drámájában.
Bajor Gizi számos filmben szerepelt, 1929-ben és 1930-ban Párizsban is forgatott, de különös módon a filmvásznon nem érvényesült sem humora, sem drámai ereje, sem jellemábrázoló képessége – igazi színpadi művész volt. A rendezéssel egyszer próbálkozott, 1938-ban Székely Júlia Nóra leányai című darabját vitte színpadra a Nemzeti Kamaraszínházban. 1929-től rendszeresen rádiózott is, Puskin Mese Szaltán cárról című felvétele hibátlanul maradt ránk. 1928-tól volt a Nemzeti Színház örökös tagja, 1948-ban első színésznőként kapta meg a Kossuth-díjat, 1950-ben lett kiváló művész.
Igazi sztár volt, minden lélegzetvétele érdekelte a közönséget, ő azonban minden igyekezetével azon volt, hogy magánéletét megóvja a nyilvánosságtól. Az őt ostromló újságírókat kedvesen, de határozottan mindig ugyanazokkal a szavakkal szerelte le: „Nézzenek meg a színpadon!”. Emberi jóságáról, segítőkészségéről legendákat meséltek, nemcsak családja és hozzátartozói, hanem kollégái, sőt minden rászoruló számíthatott segítségére.
A vészkorszak idején zsidó származású férjén kívül más menekülteket is bújtatott saját óvóhelyén, többek között az író Tamási Áront, és sokan mások is neki köszönhették megmaradásukat.
1944-ben egyetlen alkalommal sem lépett színpadra. 1945 után színészkollégium felállításán és az idős kollégák számára színészotthon létrehozásán fáradozott pályatársával, Gobbi Hildával.
Bajor Gizi háromszor ment férjhez. Először – jóllehet ostromolta Ady mecénása, báró Hatvany Lajos is – Vajda Ödön ügyvédhez, akitől 1927-ben vált el, majd néhány évig a bankár Paupera Ferenc felesége volt. Harmadszor 1933-ban kötött házasságot Germán Tibor fül-orr-gégész professzorral. A feleségét rajongásig szerető Germán rögeszmésen féltette Bajort, akit 1950-ben fülfájása miatt hosszasan kezelt is. A házasság 1951. február 12-én tragédiába torkollott:
Germán halálos adag morfiumot adott be feleségének, majd saját magának is.
A vizsgálat eredményei szerint valószínűleg az agykéregsorvadása miatt mentális zavarokkal küzdő orvos attól tartva végzett feleségével, hogy az megsüketül, és nem állhat többé színpadra – a boncolás azonban azt mutatta, hogy a színésznőnek semmi baja nem volt.
Bajor Gizi holttestét a Nemzeti Színház előcsarnokában ravatalozták fel, a temetés külsőségeiben Blaha Lujzáét idézte. A magyar színjátszás nagyasszonyát a Kerepesi úti temetőben helyezték örök nyugalomra.
Halálának első évfordulóján budai villájában nyílt meg a Bajor Gizi Színészmúzeum, amelynek létrehozását Gobbi Hilda kezdeményezte. Az első kiállítás Bajor Gizi, Jászai Mari és Márkus Emília ereklyéit mutatta be a közönségnek. A múzeum az ezredforduló után teljesen átalakult: 2002-ben az emeleten, majd 2010-ben a földszinten nyílt új tárlat: a Szép ház, nagy park közepén… című állandó kiállítás a ház egykori tulajdonosának, Bajor Gizinek és a múzeumot alapító Gobbi Hildának állít emléket. A múzeum emlékszobáiban a magyar színházművészet legjelesebb képviselőinek tárgyi emlékei is láthatók.
Főbb szerepei:
- Annuska (Gárdonyi Géza)
- Erzsébet (Bródy Sándor: A dada)
- Júlia (Shakespeare: Rómeó és Júlia)
- Titánia (Shakespeare: Szentivánéji álom)
- Sárika (Zilahy Lajos: Süt a nap)
- Fruzsina (Zilahy Lajos: Zenebohócok)
- Minna (Gotthold Ephraim Lessing: Barnhelmi Minna)
- Anna (Dario Niccodemi: Hajnalban, délben, este)
- Leila (Szép Ernő: Azra)
- Zília (Heltai Jenő: A néma levente)
- Cecile (Herczeg Ferenc: Kék róka)
- Donna Diána (Moreto)
- Magdi (Bókay János: Négy asszonyt szeretek)
- Ásvayné ( Harsányi Zsolt: A bolond Ásvayné)
- Gauthier Margit (Ifj. Alexandre Dumas: A kaméliás hölgy)
- Kleopatra (Shakespeare: Antonius és Kleopatra)
- Diana grófnő (Lope de Vega: A kertész kutyája)
- Anna (Tolsztoj–Volkov: Karenina Anna)
- Lady Milford (Friedrich Schiller: Ármány és szerelem)
Díjai:
- A Nemzeti Színház örökös tagja (1925)
- Corvin-koszorú (1930)
- Szabadságrend (1945)
- Köztársasági Érdemrend tisztikeresztje (1947)
- Kossuth-díj (1948)
- Kiváló művész (1950)
Kiemelt kép: Bajor Gizi (MTI Fotó/Magyar Fotó: Várkonyi László)