Dzimis namdara Jāņa Zemgala ģimenē kā jaunākais dēls. Vēlāk ģimene dzīvoja Aizputes apriņķī Upesmuižā (vēlāk Sakas pagasts), kur tēvs strādāja par ratnieku. G. Zemgals mācījās Sakas pagasta skolā, guberņas Aleksandra ģimnāzijā Rīgā, beidza pilsētas Nikolaja ģimnāziju Rīgā (dzīvoja vecākā brāļa Roberta ģimenē). 1892. gadā uzsāka studijas Maskavas Universitātes Juridiskajā fakultātē (beidza 1899. gadā).

1908. gadā salaulājās ar Emīliju Tīdenu (dzimusi Mužika; 1880–1928); dēls Pauls (1911–1977; Zviedrijā; zvērināta advokāta palīgs), meita Anna (1909–1999; Amerikas Savienotās Valstis, ASV; pēc laulībām – Ūdre). Anna pēc mātes nāves 1928.–1930. gadā oficiālos pasākumos pildīja valsts pirmās dāmas pienākumus līdzās tēvam. Mazdēls Juris Ūdris – advokāts ASV, brāļadēls Boriss Zemgals – advokāts un notārs.

Studiju laikā Maskavā G. Zemgals pasniedza privātstundas, strādāja par mājskolotāju Tveras guberņā, iesaistījās latviešu sabiedriskajā dzīvē Maskavā (no 1892. gada bija Maskavas latviešu studentu vakaru biedrs jaunstrāvnieciska virziena pulciņā). Kā I šķiras savvaļnieks dienēja obligātajā karadienestā Krievijas armijā, 1. leibgvardes imperatora Aleksandra III (Александр III Александрович) Jekaterinoslavas pulkā (1898–1899). Atvaļināts pēc rezerves virsnieka zināšanu pārbaudījuma nokārtošanas, 11.1899. tika paaugstināts par rezerves praporščiku.

Zvērināta advokāta Viktora Beķera palīgs Rīgā (no 1899. gada). Darbojās Jonatāna strādnieku bēru un slimības palīdzības biedrībā (no 1901. gada biedrības priekšsēdētājs; 1902. gadā izstājās), Latvijas Amatnieku krājaizdevu sabiedrībā (valdes loceklis un direktors), Rīgas amatnieku palīdzības biedrībā (valdes loceklis).

Krievijas–Japānas kara laikā 08.1904. G. Zemgals tika mobilizēts Krievijas armijā un iedalīts 116. Malojaroslavļas kājnieku pulkā Rīgas garnizonā. Bija pulka tiesas darbvedis un pulka drēbnieku darbnīcas pārzinis. Pēc kara beigām 12.1905. tika atvaļināts. Rīgas apgabaltiesas zvērināts advokāts (no 09.1908.). Laikraksta “Jaunā Dienas Lapa” redaktors un izdevējs (1905–1909), politiska un literāra laikraksta “Mūsu Laiki” redaktors un izdevējs (1906–1907), laikraksta “Domas” atbildīgais redaktors un līdzizdevējs (1912–1915). 07.1907. G. Zemgalam Rīgas apgabaltiesā tika piespriesti trīs mēneši aresta vai 300 rubļu naudas sods par darbību laikraksta “Mūsu Laiki“ redaktora amatā. G. Zemgals turpināja darbību Jonatāna biedrībā, Torņkalna palīdzības biedrībā, Latviešu amatnieku palīdzības biedrībā, Rīgas amatnieku krājaizdevu sabiedrībā, biedrībā “Ziemelis” un no 1908. gada – Latviešu skatuves biedrībā “Jaunais teātris” (valdes loceklis, valdes priekšsēdētājs).

Pirmā pasaules kara laikā 08.1914. G. Zemgalu mobilizēja Krievijas armijā un kā zaurjadkapteini (kapteiņa vietas izpildītājs) ieskaitīja 356. Vidzemes kājnieku zemessargu družīnā Tērbatā (tagad Tartu), pēc tam družīnas sastāvā pārcēla uz Lugu, tad uz Ino fortu Somijā un Kronštati, kur 1916. gadā družīnu pārformēja par 3. Kronštates cietokšņa kājnieku pulku. 03.1917. G. Zemgalu no Kronštates pārcēla uz Ziemeļu frontes Krievijas 12. armijas lauka dzelzceļa ekspluatācijas bataljonu Rīgā (atgriezās kopā ar ģimeni).

G. Zemgals bija Rīgas pilsētas pagaidu galva (04.–09.1917.), vadot demokrātisku pilsētas pašvaldības vēlēšanu sagatavošanas darbu. 08.1917. viņu ievēlēja Rīgas pilsētas domē no Latviešu radikāldemokrātu grupas. Bija Vidzemes guberņas komisāra vietnieks. Pēc vācu karaspēka ienākšanas Rīgā 09.1917. darbojās Vidzemē, bija piekomandēts Krievijas 12. armijas etapu saimniecības daļai. 01.1918. Tērbatā G. Zemgals tika atvaļināts no karadienesta. Vācu okupācijas laikā atgriezās Rīgā, darbojās Latviešu pagaidu nacionālajā padomē, kur pārzināja okupēto Latvijas apgabalu lietas. 1918. gadā bija Demokrātiskā bloka loceklis Rīgā.

No 17.11.1918. Latvijas Tautas padomes priekšsēdētāja Jāņa Čakstes otrais biedrs, Tautas padomes loceklis no Radikāldemokrātu partijas, darbojās Pieprasījumu komisijā un Satversmes sapulces vēlēšanu komisijā Rīgas vēlēšanu apgabalā. 18.11.1918. Rīgā vadīja Latvijas proklamēšanas aktu J. Čakstes prombūtnē. Rīgas pilsētas domes loceklis (no 11.1918.), pilsētas galva (no 03.12.). Tuvojoties Sarkanajai armijai, 31.12.1918. kopā ar citiem Tautas padomes locekļiem G. Zemgals devās uz Liepāju, 01.1919. britu kuģī Princess Margaret – uz Dāniju.

03.1919. G. Zemgals atgriezās no Kopenhāgenas Liepājā. 20.05.–03.06. kopā ar vairākiem citiem latviešu politiķiem atradās Andrieva Niedras valdības iestāžu apcietinājumā. 04.07.1919. G. Zemgalu atkārtoti ievēlēja par Rīgas pilsētas galvu (amatā līdz 03.02.1920.). 04.1920. viņu ievēlēja Satversmes sapulcē no Latvijas Darba partijas saraksta. No deputāta mandāta atteicās, jo bijis paredzēts G. Zemgalu komandēt par Latvijas diplomātisko pārstāvi uz Vašingtonu ASV (netika realizēts).

Zemkopības ministrijas juriskonsults (06.1920.–06.1921.). Zvērinātu advokātu padomes priekšsēdētājs (03.–12.1921.). Apsardzības (no 1922. gada – kara) ministrs Zigfrīda Annas Meierovica valdībā (19.06.1921.–26.01.1923.). 03.1922. un 02.1925. G. Zemgalu ievēlēja Rīgas domē no Saimnieciski kulturālās apvienības saraksta, 10.1922. – 1. Saeimā no Demokrātiskā centra un bezpartijisko sabiedrisko darbinieku saraksta. 02.1924. viņš nokārtoja notāra zināšanu pārbaudījumu Rīgas apgabaltiesā. 03.1924. G. Zemgalu atskaitīja no zvērinātu advokātu skaita sakarā ar iecelšanu par Rīgas apgabaltiesas notāru Rīgā (09.04.1927., sakarā ar ievēlēšanu Valsts prezidenta amatā, notāra darbību izbeidza). 1925. gadā kandidēja 2. Saeimas vēlēšanās no Demokrātiskā centra un bezpartijisko sabiedrisko darbinieku saraksta (netika ievēlēts). Pēc Valsts prezidenta J. Čakstes nāves G. Zemgals kļuva par Latvijas Valsts prezidentu (08.04.1927.–09.04.1930.); atkārtoti kandidēt uz prezidenta amatu atteicās.

05.1929. valsts vizītē G. Zemgals apmeklēja Zviedriju, 06.1929. uzņēma Rīgā Zviedrijas karali Gustavu V (Gustaf V). G. Zemgals samērā plaši izmantoja amatam piešķirtās apžēlošanas tiesības, vienlaikus tikai reizi izmantojot tiesības nosūtīt Saeimai atkārtotai izskatīšanai likumprojektu.

03.1931. G. Zemgalu ievēlēja Rīgas pilsētas domē no Demokrātiskā centra un saimnieciski kulturālo darbinieku saraksta; atteicās izvirzīt savu kandidatūru pilsētas galvas amatam. 10.1931. viņu ievēlēja 4. Saeimā no Demokrātiskā centra un bezpartijisko sabiedrisko darbinieku saraksta. Finanšu ministrs Marģera Skujenieka valdībā (11.12.1931.–20.02.1932.); demisionēja dēļ domstarpībām ar citiem valdības locekļiem budžeta jautājumos. Strādāja Kooperatīvajā tranzītbankā, akciju sabiedrības “Rīgas starptautiskā banka” padomes priekšsēdētāja vietnieks, Baltijas reģiona valstu sadarbību veicinošās biedrības “Baltijas ūnija” prezidents (no 1933. gada). Latvijas Hipotēku bankas padomes loceklis, Latvijas Amatnieku krājaizdevu sabiedrības valdes priekšsēdētājs, akciju sabiedrības “Valmieras šaursliežu pievedceļi” valdes loceklis (1936–1938). Darbojās organizācijā “Rotari klubs”, neregulāri rakstīja periodiskajos izdevumos (laikrakstā “Jaunākās Ziņas” u. c.).

G. Zemgals bija viens no ievērojamākajiem latviešu sabiedriskajiem un politiskajiem darbiniekiem līdz 1918. gadam (cita starpā – pirmais latviešu tautības Rīgas pilsētas pašvaldības vadītājs 1917. gadā), kā arī viens no nozīmīgākajiem Latvijas valstsvīriem un politiķiem starpkaru periodā, otrais Latvijas Republikas Valsts prezidents, viens no ievērojamākajiem juristiem. Prezidentūras laikā, pastāvošās situācijas iespaidā sev neplānoti stājoties amatā pēc prezidenta J. Čakstes nāves, G. Zemgals, saskaņā ar laikabiedru un vēsturnieku liecībām kā zināmā mērā politiska kompromisa figūra, apliecināja gan politisku toleranci, prasmi samierināt politiskos strāvojumus un sekmīgi izpildīt amatam nepieciešamās valsti reprezentējošās prasmes, gan zināmu pieticību un negatīvu ambīciju trūkumu, attiecībās saglabājot godīgumu, vienkāršību un netiecoties pēc amatiem, priekšrocībām un materiāliem labumiem. Sekmīgi pārstāvēja valsti arī starptautiskajās attiecībās, veicinot reģionālo sadarbību ar Zviedriju un pārējām Baltijas valstīm.

Latvijas Universitātes goda biedrs (no 1929. gada).

Dienesta laikā Krievijas armijā G. Zemgals apbalvots ar Krievijas Svētā Staņislava ordeni (Императорский и Царский Орден Святого Станислава), II, III šķira, Latvijas Republikā ar Latvijas Triju Zvaigžņu ordeni, I, III šķira, Francijas Goda Leģiona ordeni (Ordre national de la Légion d'honneur), komandiera šķira, Lietuvas Vītauta Dižā ordeni (Vytauto Didžiojo ordinas), I šķira.

G. Zemgals pieticības un nepatikas dēļ pret protokolārajiem apbalvojumiem atteicās no pirmo reizi piešķirtā Triju Zvaigžņu ordeņa (pieņēma I šķiras ordeni pēc stāšanās prezidenta amatā), 1929. gadā atteicās no Zviedrijas ordeņa.

Pēc G. Zemgala nāves Latvijas valdības Finanšu ministrijas Saimniecības departaments saņēma valdības rīkojumu sagatavot G. Zemgala tēla attēlojumu kādā no nākamajiem papīra naudas zīmju nominālu pasūtījumiem (Otrā pasaules kara sākuma un valsts iznīcināšanas dēļ nerealizēts). 12.08.1990. Džūkstes pagasta Brātiņos atklāts piemiņas akmens (mākslinieks Aigars Krievāns; 2004. gadā atjaunots, nopostītā bronzas bareljefa vietā izveidojot granīta plāksni; 2016. gada pārvietots uz Džūkstes Piemiņas parku, kur 12.08.2016. atkārtoti iesvētīts), 11.1990. Jelgavas muzejā atklāta G. Zemgala piemiņas izstāde, 09.2001. Rīgā pie nama K. Barona ielā 3 atklāta piemiņas plāksne (tēlnieks Bruno Strautiņš), 2008. gadā Gustava Zemgala gatves nosaukums piešķirts Rīgas maģistrālai ielai Ziemeļu rajonā un Vidzemes priekšpilsētā, 09.2016. pie bijušā Sakas pagasta skolas ēkas atklāta piemiņas plāksne G. Zemgalam.