Gael García Bernal es hijo de los actores Patricia Bernal y José Ángel García. Nació en Guadalajara, pero desde su infancia residió en Ciudad de México. Tiene tres hermanos, una hermana y dos hermanos.
La actividad de sus progenitores tendió rápidamente su destino profesional hacia el campo de la interpretación, debutando en el teatro a temprana edad.

Sus apariciones escénicas se alternaron con trabajos para la pequeña pantalla a finales de los años 80, época en la cual intervino en la telenovela “Teresa” (1989), siendo la protagonista del serial televisivo la posteriormente famosa Salma Hayek.
En 1992 volvió a aparecer en una nueva telenovela titulada “El abuelo y yo”.
Después de protagonizar el corto “De tripas corazón” (1996) y estudiar interpretación en Londres, Gael retornaría a su país natal para triunfar en todo el mundo con la película dirigida por Alejandro González Iñárritu “Amores perros” (2000), un film que cosechó fuerte repercusión internacional, obteniendo galardones en el Festival de Cannes y siendo nominada al Oscar como mejor película de habla no inglesa.
“Y tu mamá también” (2001), un título co-protagonizado junto a su buen amigo Diego Luna y Maribel Verdú, confirmó su relevante presencia en el panorama internacional cinematográfico, ratificado por películas como “El Crimen Del Padre Amaro” (2002) de Carlos Carrera o “La Mala Educación” (2004), film dirigido por Pedro Almodóvar en el cual compartía protagonismo con Fele Martínez.

En el año 2002, Gael encarnó al Che Guevara en la miniserie de televisión “Fidel”, el mismo personaje que interpretó en la película “The Motorcycle Diaries” (2004).
Más tarde estrenaría "The King" (2005), drama en el cual buscaba a su padre tras licenciarse en la marina, y "Babel" (2006), drama con el co-protagonismo de Brad Pitt y Cate Blanchett.
En "A Ciegas" (2008) compartía créditos con Julianne Moore y Mark Ruffalo. La película adaptaba el "Ensayo De La Ceguera" de José Saramago.
En "Rudo y Cursi" (2008), película dirigida por Carlos Cuarón, interpretaba al hermano de Diego Luna. Entre ambos, y en un ambiente futbolero, surgía una fuerte rivalidad.
Fue novio de las actrices Cecilia Suárez y Natalie Portman. Su actual pareja es la actriz argentina Dolores Fonzi.