Гаэль Гарсиа Берналь родился 30 ноября 1978 года в Гвадалахаре, Мексика. Его мать, Патрисия Берналь, была актрисой и моделью, отец, Хосе Анхель Гарсиа - актер и режиссер. Родители развелись, когда Гаэль был еще маленький, и мать вышла замуж за Серхио Ясбека.

Гаэль Гарсиа Берналь с детства участвовал в театральных постановках, а будучи подростком снимался в телесериалах. В 19 лет Гарсиа Берналь отправился обучаться актерскому мастерству в школу «Central School of Speech and Drama» в Лондоне. Он был первым мексиканцем, который обучался в этом престижном вузе.

В 1996 году Берналь сыграл в ленте уругвайского режиссера Антонио Уррутио «Изнутри, сердце», который номинировался на «Оскар» как лучший короткометражный фильм.

В 2000 году Гаэль исполнил главную роль в первой картине режиссера Алехандро Гонсалеса Иньярриту «Сука-любовь», которая принесла им обоим всемирную известность.

В 2001 году актер появился сразу в трех картинах – «И твою маму тоже» Альфонсо Куарона, «Частная жизнь» и «Нет вестей от Бога». В последней Барналь снялся вместе с Пенелопой Крус, а также за роль в ней номинировался на премию «Гойя» как лучший актер второго плана.

В 2002 году Барналь появился в роли Че Гевары в телефильме «Куба либре», а также исполнил главные роли в фильмах «Тайна отца Амаро» и «Точки над I».

В 2004 году Гаэль вновь появился в роли Эрнесто Че Гевары в биографической драме «Че Гевара: Дневники мотоциклиста». За эту роль актера номинировали на премию Британской киноакадемии как лучший актер.

В том же 2004 году Барналь исполнил главную роль в детективной драме Педро Альмодовара «Дурное воспитание».

В 2005 году Гаэль Гарсиа Берналь вместе со своим другом актером Диего Луна и продюсером Пабло Крусом основал кинокомпанию «Канано филмс».

В 2006 году Гаэль Гарсиа Берналь вместе с Шарлоттой Генсбур снялся в фэнтези драме «Наука сна», а также вместе с Брэдом Питтом и Кейт Бланшетт появился в картине Алехандро Гонсалеса Иньярриту «Вавилон».

В том же 2006 году Барналь номинировался на премию Британской киноакадемии в категории «Восходящая звезда», однако уступил награду Джеймсу МакЭвою.

В 2007 году состоялся его режиссерский дебют - фильм «Дефицит», в котором актер исполнил главную роль.

В 2008 году состоялась премьера триллера Фернанду Мейреллиша «Слепота», в которой Гаэль Гарсиа Берналь снялся вместе с Джулианной Мур и Марком Руффало.

В том же году Барналь появился в триллере режиссера Джима Джармуша «Предел контроля».

В 2009 году Гаэль появился вместе с Мишель Уильямс в драме «Мамонт», которая была номинирована на Золотого медведя Берлинского кинофестиваля.

В 2010 году актер исполнил второстепенную роль в крупнобюджетной картине «Письма к Джульетте», главную роль в которой исполнила Аманда Сейфрид.

В том же 2010 году Гаэль появился на одном экране вместе с Кейт Хадсон, в фэнтези драме «Главное – не бояться!»

Также в 2010 году Гаэль Гарсиа Берналь в качестве режиссёра начал съёмки документального фильма о мигрантах из Центральной Америки и их трудной дороге через мексиканские штаты Чьяпас и Оахака на пути в США.

В 2011 году Барналь в компании Уилла Феррелла и Диего Луна появился в комедии «В доме отца», а в 2012 году актер исполнил главную роль в исторической драме «Нет», которая была номинирована на премию «Оскар» в категории «Лучший фильм на иностранном языке».

В 2014 году Гаэль Гарсиа Берналь снялся в двух драмах – «Хозяин джунглей» и «Розовая вода», а также приступил к съемкам в главной роли в комедийном сериале «Моцарт в джунглях».