Образование Филлис получила в средней школе Джонстона, Ренфрюшир, Шотландия. После школы в 1977 году с золотой медалью окончила Королевскую шотландскую академию музыки и драмы Джеймса Бриди . Была принята в труппу театра города Данди.
В 1979 году вышла на сцену театра в Эдинбурге. В это же время Филлис Логан постоянно снималась в сериалах на шотландском телевидении. На BBC Scotland production она познакомилась со сценаристом и режиссером Майклом Рэдфордом, который предложил ей главную роль Дженни в своём фильме «В другое время, в другом месте» (Another Time, Another Place) в 1982 году.
За эту роль актриса получила Gold Award за лучшую женскую роль на фестивале кино в Таормине (the Taormina Film Festival) и the Evening Standard Award за лучшую женскую роль в 1983 году. Также она получила премию BAFTA за наиболее выдающийся дебют в кино в 1984 году.
Снималась во многих британских сериалах. В первом и втором сезонах сериала "Аббатство Даунтон" Филлис Логан играет экономку миссис Хьюз.
Замужем за британским актером Кевином МакНэлли. У супругов двое детей.