Галина Беляєва народилася 26 квітня 1961 року в східно-сибірському місті Іркутську. Її мати, Галина Іванівна, родом із сибірського міста Канська. Незабаром після народження дочки вона розлучилася з чоловіком і виїхала разом з дитиною на молодіжне будівництво до міста Невинномиськ (Ставропольський край), де виховувала Галину одна. За спеціальністю технік-електрик, вона працювала на різних електричних підстанціях, була машиністом баштового крана на будівництві, у вільний час займалася альпінізмом.
Батько, Віктор Беляєв, також уродженець Сибіру, працював у «гарячому» цеху на Братському алюмінієвому заводі, був інструктором з парашутного спорту в радянській армії (здійснив понад семисот стрибків), ходив юнгою Північним морським шляхом. Після розлучення він поїхав до Воронежа, де одружився з жінкою, прикутою до інвалідного візка через травму хребта, внаслідок падіння з висоти під час роботи на будівництві (він доглядав за нею вісімнадцять років, до самої її смерті). Галина — його єдина дитина. Вона багато років не бачилася з батьком і розшукала його тільки через сорок три роки після розставання батьків.
У Невинномиську Галина почала займатись у балетній студії при Палаці культури хіміків. Мріючи стати балериною, у 1974 році, у віці тринадцяти років, Галина вступила до Воронезького хореографічного училища. Ще до випуску вона дебютувала в кіно: у 1978 році ученицю хореографічного училища затвердили на головну роль Оленьки Скворцової у фільмі режисера Еміля Лотяну «Мій ласкавий і ніжний звір» (1979; за повістю Антона Павловича Чехова «Драма на полюванні»). Після виходу картини на кіноекрани дебютантка здобула всесоюзну популярність, її тут же охрестили «другою Одрі Хепберн».
У 1979 році Галина Бєляєва закінчила училище, отримавши спеціальність «артистка балету, ансамблю народного танцю», однак балетну кар'єру так і не почала. Вступила до Театрального училища імені Б. В. Щукіна, яке закінчила в 1983 році за спеціальністю «актриса театру і кіно». До того ж під час зйомок фільму між молодою актрисою і режисером виникли романтичні стосунки. У 1979 році, коли вона досягла повноліття, Галина Бєляєва й Еміль Лотяну одружилися. Наступного року в них народився син Еміль.
У 1983 році Лотяну зняв багатосерійний художній фільм «Анна Павлова», у якому Галина виконала головну роль, зігравши відому російську балерину (її дублером при виконанні балетних партій була солістка Ленінградського театру опери і балету імені С. М. Кірова Валентина Ганібалова).
Кінокартини «Мій ласкавий і ніжний звір» та «Анна Павлова» номінувалися на Державну премію СРСР у 1979 і 1984 році відповідно, проте ні той, ні інший фільм не отримав її в силу критичних художніх та ідеологічних міркувань партійного та культурного керівництва.
З листопада 1983 року Галина Бєляєва — актриса Московського академічного театру імені Володимира Маяковського. Вона зіграла більше тридцяти ролей у театрі та кіно.
У 2003 році їй присвоєно почесне звання «Заслужений артист Російської Федерації».
З 2016 року стала членом журі в хореографічному телешоу «Танці з зірками».
