Gael es hijo de los actores José Ángel García y Patricia Bernal. Inició con ellos su carrera artística en teatro. A los 11 años participó en su primera telenovela, Teresa, estelarizada por Salma Hayek. Tres años más tarde tuvo su primer papel estelar en la telenovela El abuelo y yo al lado de Ludwika Paleta y Diego Luna.

Estudió actuación en Londres, en la Central School of Speech and Drama, y al regresar a México actuó en cortos como De tripas corazón, que fue nominado al Oscar. Su primera actuación en un largometraje fue en Amores perros (2000). Esta película fue un éxito total de taquilla y fue nominada al Oscar como Mejor Película Extranjera.

En el año 2001 filmó Y tu mamá también, una película cargada de sexualidad, que a pesar de no ser elegida por México para representar al país en el Oscar, fue nominada al Mejor Guión. En el 2002, actuó en El crimen del padre Amaro, interpretando el papel que da nombre a la película. Esta película fue también nominada al Oscar como Mejor Película Extranjera.

En 2003 compartió junto a Natalia Verbeke el rodaje de Obsesión (Dot the i), cinta del joven director británico Matthew Parkhill, que obtuvo el premio del Público en el Festival de Deauville, certamen francés en el que su director recibió una nominación al Grand Special Price.

En el 2004 actuó en exitosas películas, tales como Diarios de motocicleta, del brasileño Walter Salles y, por primera vez para el cine español, en La mala educación, de Pedro Almodóvar, rol en el cual ganó a mejor actor de largometraje en el Festival Internacional de Cine de Valdivia.

Sus más recientes aparciones fueron en The King (2005), La ciencia del sueño (La science des rêves) (2006) y Babel (2006). Actualemente está postproduciendo su primer proyecto como director, Déficit.