Mirabelle Gilis a commencé à étudier le violon dès l’âge de 7 ans. Ses études l’amènent au conservatoire de Toulouse, puis celui de Saint Pétersbourg en 2004. Par la suite elle devient à Paris l’élève du violoniste de jazz Pierre Blanchard où elle étudie l’improvisation dans la lignée de Stéphane Grappelli.
On la retrouve à Istanbul en 2011 aborder la musique orientale auprès de Selim Sesler et jouer dans les clubs de la ville pendant trois ans avant de s’installer à Londres où elle collabore entre autres avec les chanteurs Jackson Scott, Pat Dam Smyth ou Brooke Sharkey. Durant toutes ces années elle s’est produit en concert avec de nombreuses formations gyspy-jazz world ou rock comme la Kumpania Zelwer ou Into the Moon dont elle fut l’instigatrice avec le guitariste américain Leander Lyons.
Elle rencontre Miossec en 2015 et participe à la création de ses deux derniers albums (Mammifères en 2016 et Rescapés en 2018). Elle accompagne également Hakim Hamadouche, le binôme de Rachid Taha, dans son nouveau projet. Elle est aussi la co-fondatrice du groupe Les Amirales.
Pour SONARS, elle rejoint François Joncour dans le duo HZ Invasion.