Гаэль Гарсиа Берналь родился 30 ноября 1978 года в городе Гвадалахара, Мексика. Его родители переехали в столицу Мексики - Мехико, когда Гаэлю было несколько месяцев от роду. У Гаэля есть два младших брата и сестра. Будучи еще ребенком, Гаэль начал играть на сцене благодаря тому, что его родители оба - актеры, хотя сам он говорит, что никогда его к этому не принуждали.

В девять лет он принял участие в теленовелле «Тереза» с Сальмой Хайек в главной роли, в которой играл роль Пелуче. В одиннадцать лет участвовал вместе со своим другом Диего Луна в театральной постановке, которая называлась «Похищение Звезд», через год снялся в детском сериале «Дедушка и я» вместе с Лудвика Палета и Диего Луна, под тем же названием поставили музыкальную пьесу, с которой они объехали всю республику.

Позже он играл в нескольких короткометражных фильмах и упражнениях для школ кино, среди них короткометражный фильм «Изнутри, сердце», который был номинирован на премию «Оскар» как «Лучший короткометражный фильм». Участвовал Гаэль и в театральной постановке «Роберто Сукко» под руководством Катрин Марнас. Снялся в Уругвае в короткометражном фильме «Глаз на затылке» у режиссера Родриго Пла.

Гаэль изучал философию в Национальном автономном университете Мексики, но вскоре решил взять творческий отпуск, чтобы путешествовать по Европе. Затем он переехал в Лондон, и обучался в Центральной школе сценической речи и драматического искусства, где стал первым мексиканцем, принятым в этот престижный европейский вуз.

В январе 2000 года Гаэль принял приглашение Алехандро Гонсалес Иньярриту сняться в фильме «Сука любовь». Работа над картиной возвращает Гаэля в Мексику, и вместе с этим он добивается международного признания.

В 2001 году Гаэль снова встречается со своим другом жизни Диего Луна, чтобы работать в фильме «И твоя мама также» вместе с испанской актрисой Марибэль Верду и мексиканским режиссером Альфонсо Куароном. После фильма «Сука любовь» Гаэль работал еще в пяти фильмах в различных странах, включая Аргентину, где снялся в фильме Фито Паеса «Личные жизни».

Помимо испанского, Берналь свободно владеет английским, португальским, французским и итальянским языками. Успех Берналю принесли роли падре Амаро в фильме «Тайна отца Амаро», Эрнесто Че Гевары в картинах «Че Гевара: Дневники мотоциклиста» и «Куба либре», Анхеля в «Дурном воспитании» Педро Альмодовара, Стефана в ленте французского режиссера Мишеля Гондри «Наука сна».

В 2005 году Гаэль вместе со своим другом Диего Луна и продюсером Пабло Крусом основал продюсерскую кинофирму «Канано филмс». Берналь выступает как сценарист и продюсер фильмов. В 2007 году состоялся режиссерский дебют Берналя - фильм «Дефицит», в котором он сам исполнил главную роль Кристобаля.

В 2010 году Берналь в качестве режиссера начал съемки документального фильма о мигрантах из Центральной Америки и их трудном пути через мексиканские штаты Чьяпас и Оахака в США. В 2014 году вошел в состав жюри 67-го Каннского кинофестиваля.

С 2008 года встречался с Долорес Фонси, но пара, не объясняя причин, рассталась в 2014 году. В интервью журнала «Elle» Гаэль заявил, что вопреки сообщениям СМИ, они не были женаты. У бывшей пары есть двое детей, сын и дочь - Лазаро Гарсиа Фонси и Либертад Гарсиа Фонси.