Kvinnan hittades svårt skadad utomhus i stadsdelen Andersberg på måndagseftermiddagen. Hon dödförklarades senare på sjukhus.
De två unga männen greps under måndagskvällen på olika adresser i staden och anhölls senare. De är kända av polisen sedan tidigare, skriver Gefle Dagblad.
Temo Allenbäck, tillförordnad lokalpolisområdeschef, uppger för tidningen att männen var bekanta med offret och att det rör sig om en "enskild händelse".
— Vi tror att hon blev bragd om livet inom det område som var avspärrat, säger han till tidningen.