Бауырлары мен әпкелері сияқты Гүлсім де үйде оқыды, бірақ 10 жасында Ташкент әйелдер гимназиясына түсіп, оны 9 жылдан кейін бітірді. Сонымен бірге ол мұғалім болып жұмыс істеуге рұқсат алды, бірақ тек мұсылмандарға бере алды.

Гүлсім мектепте оқып жүргенде өзін медицинаға арнауды шешті. Ол өз өлкесінің әйелдері мен балаларына көмектескісі келді, олар сирек қажетті медициналық көмекке ие болды және осыған байланысты жиі қайтыс болды. Ол үшін тіпті латын тілін үйренді.

Гүлсім мектепті 2 жыл ішінде бітіргенше Санкт-Петербургте әйелдер медициналық институты ашылды. Бұл оқиға қыздар қауымына жақсы жаңалық болды, өйткені басқа еуропалық жоғары оқу орындарында әйелдер жоғары медициналық білім ала алмады. Бірақ Ресей империясының тұрғындары мұндай мүмкіндікке ие болды. Алайда қазақ даласынан алыс қалада оқу қымбат болды, сондықтан әр ата-ана қызын осы институтқа жібере алмады. Көпшілікке ұстанған дәстүр кедергі болды. Сонымен ол оқу орнында негізінен жоғары лауазымды орыс шенеуніктерінің қыздары білім алды. 

Кейін генерал-губернатор кеңесі дарынды жергілікті қыздарды көтермелеу және әйелдер медициналық институтында оқығысы келетіндерге он стипендия тағайындау туралы шешім қабылдады. Байқауға өте көп қыздар қатысты және Түркістан өлкесінің өкілдері ғана қатыса алды. Сегіз стипендия тағы да орыс қыздарына берілді, екеуі Зейнеб Абдурахманова мен Гүлсімге бұйырды. Зейнеб пен Гүлсім алғашқы қазақ қыздарының арасында дәрігер дипломы бар мамандар болды. 

Жалпы Оңтүстіктен барған қыздарға оқу және климат қолайлы болмады. Сонымен қатар қыздардың оқуға барған жылдары елде дүрбелең болды: халықтық толқулар, террорлық шабуылдар, ереуілдер. Гүлсім алғаш рет жақындарынан шетте жүріп, кейде аш қалған кездері де болды. Бірақ туыстар тарапынан білдірген жылулық оның көңіліне қаяу түсіре қоймады. 

Мысалы, 1906 жылы оның әкесі Бұхарадан елшілікпен бірге астанаға барып, қызымен бірнеше мәрте кездесті, ал соңғы курста інісі Санжар Әскери-медициналық академияға оқуға келді. Екеуіне оңайырақ болды.

1908 жылы оқуды бітіргеннен кейін екі стипендиат та туған жерлеріне оралып, мамандығы бойынша жұмыс істей бастады. Осылайша Гүлсім Асфендиярова жоғары медициналық білімі туралы дипломы бар алғашқы қазақ қызы болды. Гүлсім жай ғана студент болған жоқ, ол үздік студент атанып, көптеген бейіндік пәндер бойынша жақсы нәтиже көрсеткен.  Ол оқып жүргенде-ақ өзінің туған өңірінде жұмыс істеп, қазақтарға көмектескісі келді. Сегіз мың адамды емдеуде жалғыз дәрігер болды, бірақ Асфендиярова өз міндеттерін жақсы орындады. Ол адамдардың қандай жағдайда өмір сүретініне алаңдады: адамдарды емдеп қана қоймай, оларға психологиялық, жеке гигиена және жалпы аурулардың алдын-алу туралы айтты. Гүлсім Түркістан өлкесінің тарихында алғаш рет босанған әйел мен сәбидің өмірін сақтап, кесарь тілігін жасаған дәрігер болды. 

Бірнеше жылдан кейін Темірлан учаскесінде қиындыққа толы жұмыстан кейін, ол ауылдық дәрігерлік пунктіне жұмысқа ауыстырылды, онда жұмыс жағдайлары сәл жеңіл болды, бірақ санитарлық нормалар да айтарлықтай жақсартуды қажет етті. Халықтың кедейлігі және қолжетімді медицинаның болмауы өз ісінің білікті маманы Гүлсімнің пациенттердің тұрғын үй-жайларын жеке тексеруден өткізуіне, сондай-ақ ауыл тұрғындарымен жеке гигиена мен денсаулықты қорғауға қатысты жиі әңгімелесіп тұрды. 

Алайда 1914 жылы Ресейдің Бірінші дүниежүзілік соғысқа араласуына байланысты әскери қызметшілерге қатысы бар әкесінің өтініші бойынша Гүлсім Ташкентке оралуға мәжбүр болды. Ташкентте оның көмегімен 30 орындық өзінің акушерлік-гинекологиялық бөлімшесін ашты. Мұнда медициналық қызметпен қатар Гүлсім саяси өмірге де араласты. 1918 жылы ол Бүкілресейлік мұсылман съезінде Ташкенттен делегат болды. Ол сондай-ақ Ресей мұсылмандарының уақытша орталық ұйымдастыру бюросының мүшесі болып сайланды.

Ташкентке оралғаннан кейін Гүлсім қалалық перзентхананың директоры ретінде медициналық жұмысын жалғастырып, Түркістан өлкесінің саяси өміріне қатысып, інісі Санжарға ашаршылыққа ұшырағандар мен аз қамтылғандарға көмек ұйымдастыруға көмектестатсалысты. 1920 жылы Гүлсім мұсылман бюросының қолдауымен акушерлерді даярлау курстарын құрушы болды, сонымен қатар жүкті әйелдердің физиологиясы бойынша жеке сабақ берді. Біраз уақыттан кейін курстар Ташкент медициналық техникумында жеке сабақ ретінде оқытылды, онда Гүлсім біраз жыл бойы сабақ берді.

Ол оқытушылық қызметті 1922 жылы бастаған Ташкент балалар ауруханасындағы жаңа жұмысымен сәтті ұштастырды. Гүлсім сондай-ақ қалалық Кеңестің мүшесі болып сайланды, халыққа денсаулық сақтаудың маңыздылығы туралы білім беруді жалғастырды, журналдарға ана мен бала денсаулығы мәселелері туралы мақалалар жазды.

Гүлсім Асфендиярованың отбасына байланысты мәлімет өте аз. Ол өз өмірін медицинаға және халықтың игілігі үшін қызмет етуге арнады. Тарихи деректерге сүйенсек, тұрмысқа шықпаған және балалары жоқ. Жиырмасыншы жылдардан кейін Гүлсім Асфендиярова туралы ақпарат өте аз. Інісі Санжар Асфендияровтың қудалануына байланысты қоғамдық жұмыстарға көп араласа қоймады. Гүлсім қазақтың алғашқы әйел дәрігері ғана емес, медицинаның дамуына елеулі үлес қосты, сондай-ақ мыңдаған жаңа туған нәрестеленің дүниеге келуіне көмектескен маман ретінде тарих беттерінде есімі қалды. Сонымен қатар Гүлсімді тік мінезді, қорқу дегенді білмейтін адам ретінде де сипатталады.

Гүлсімнің қызметіне қатысты жұмыстардың барлығы Өзбекстанның мұрағатында сақталып тұр. 1924 жылы қазан-қараша айларында жүргізілген Орта Азия республикаларының ұлттық-мемлекеттік межеленуінен кейін Гүлсім Асфендиярова ұйымдастырған акушерлік мектеп 1918 жылы Ташкентте ашылған алғашқы медициналық оқу орны – Түркістан өлкесі мұсылмандарының медициналық мектебінің қарамағына өтеді. Саналы ғұмырын туған халқына қызмет етуге арнаған Гүлсім Асфендиярова 1937 жылы қайтыс болды.