Gael García Bernal nació en Guadalajara, Jalisco, México. Sus padres,  Patricia Bernal, actriz y modelo; y José Ángel García, actor y director. Su padrastro es el director de fotografía Sergio Yazbek.

García Bernal comenzó su carrera como actor cuando era niño, trabajando con sus padres en una variedad de obras de teatro. Cuando tenía catorce años, protagonizó una telenovela llamada El abuelo y yo (1992). Apareció en ejercicios y cortometrajes de la escuela de cine, incluyendo De tripas, corazón (1996), dirigido por Antonio Urrutia, que fue nominado para un Premio de la Academia al Mejor cortometraje, y El ojo en la nuca (2001), un corto  dirigido por Rodrigo Plá.

García Bernal estudió actuación en la Escuela Central de Discurso y Drama en Londres. Amores perros (2000) fue su primer largometraje, seguido por Y tu mamá también (2001), dirigida por Alfonso Cuarón y fotografiada por Emmanuel Lubezki.

Recientemente prestó su voz para el personaje de Héctor, tanto en inglés como en español para la película Coco y protagoniza la serie Mozart in the Jungle.