אביו: רבי שמעון.
אחותו: אימא שלום (בעלה ר' אליעזר בן הורקנוס).
בנו: רבי שמעון.
סבא: רבן גמליאל הזקן (מצד אביו).

כיהן כנשיא הסנהדרין ביבנה לאחר רבן יוחנן בן זכאי ונמנה על דור שני לתנאים.
'מעשה ברבן גמליאל שקרא בלילה הראשון שנשא. אמרו לו תלמידיו, לא למדתנו רבנו שחתן פטור מקריאת שמע בלילה הראשון? אמר להם - איני שומע לכם לבטל ממני מלכות שמים אפילו שעה אחת; רחץ לילה הראשון שמתה אשתו. אמרו לו תלמידיו, לא למדתנו רבנו שאבל אסור לרחוץ? אמר להם - איני כשאר כל אדם, איסטניס אני; וכשמת טבי עבדו קיבל עליו תנחומין. אמרו לו תלמידיו, לא למדתנו רבנו שאין מקבלין תנחומין על העבדים? אמר להם - אין טבי עבדי כשאר כל העבדים, כשר היה' (משנה ברכות ג'/ה'-ח').
'מעשה באשה אחת שכנתו של רבן גמליאל שמת בנה והייתה בוכה עליו בלילה שמע רבן גמליאל קולה ובכה כנגדה עד שנשרו ריסי עיניו' (סנהדרין ק"ד/ב').
דמות צורות לבנות היו לו... בטבלא ובכותל בעלייתו' והיה מראה לעדים שלא הבינו או שלא יכלו להסביר כיצד ראו את הירח, את הציורים השונים וכך קבע אם העדות קיימת על מנת לקבוע את ראש החודש ובכדי שלא יקבע כל חכם את זמן ראש החודש ועיבור השנה קרא באחד הפעמים לאב בית הדין-רבי יהושע שחלק עליו בעניין קביעת ראש החודש 'גוזרני עליך שתבוא אצלי במקלך ובמעותך ביום הכפורים שחל להיות בחשבונך...נטל מקלו ומעותיו בידו, והלך ליבנה אצל רבן גמליאל ביום שחל יום הכפורים להיות בחשבונו. עמד רבן גמליאל ונשקו על ראשו, אמר לו: בוא בשלום, רבי ותלמידי! רבי בחכמה ותלמידי שקבלת את דברי' (משנה ראש השנה ב'/ח'-ט').
פעמים רבות התווכח עם חכמי הגויים ועם המינים ובבית דינו הוסיפו את 'ברכת המינים' לנוסח תפילת 'שמונה עשרה' שתקנו אנשי כנסת הגדולה. לא התבייש להשיב לתלמידיו 'לא שמעתי' ובחתונת בנו 'היה רבן גמליאל עומד ומשקה' (קידושין ל"ב/ב').
קבע כי תפילת ערבית חובה וכאשר נודע לו כי רבי יהושע חולק עליו המתין שהחכמים יגיעו לבית המדרש 'היה רבן גמליאל יושב ודורש ורבי יהושע עומד על רגליו עד שרננו כל העם' העבירו את רבן גמליאל מנשיאותו ומינו במקומו את רבי אלעזר בן עזריה 'אותו היום סלקוהו לשומר הפתח ונתנה להם רשות לתלמידים ליכנס שהיה רבן גמליאל מכריז ואומר כל תלמיד שאין תוכו כברו לא יכנס לבית המדרש...אף רבן גמליאל לא מנע עצמו מבית המדרש אפילו שעה אחת' לאחר שרבן גמליאל פייס את ר' יהושע מינוהו שוב כראש הסנהדרין יחד עם ר' אלעזר בן עזריה וקבעו מי ידרוש בכל שבת.
אמר לו רבי יהושע 'אוי לו לדור שאתה פרנסו שאי אתה יודע בצערן של תלמידי חכמים במה הם מתפרנסים ובמה הם נזונים' (ברכות כ"ח/א').
'כשחרש... את ההיכל נגזרה גזרה על רבן גמליאל להריגה בא אדון אחד ועמד בבית המדרש ואמר בעל החוטם בעל החוטם מתבקש בעל החוטם מתבקש שמע רבן גמליאל אזל טשא מינייהו' (תענית כ"ט/א').
אמר: 'ונתן לך רחמים ורחמך והרבך כל המרחם על הבריות מרחמין עליו מן השמים וכל שאינו מרחם על הבריות אין מרחמין עליו מן השמים' (שבת קנ"א/ב').
השתדל ופעל לקבוע הלכה אחת עבור כל ישראל בכל המחלוקות שהיו בין בית הלל ובית שמאי על מנת שהעם לא יתפלג לאחר חורבן בית המקדש 'רבונו של עולם גלוי וידוע לפניך שלא לכבודי עשיתי ולא לכבוד בית אבא עשיתי אלא לכבודך שלא ירבו מחלוקות בישראל'
אחותו נישאה לרבי אליעזר בן הורקנוס ולאחר שחלק עליו יחד עם החכמים 'לא הוה שבקה ליה לרבי אליעזר למיפל על אפיה ההוא יומא ריש ירחא הוה ואיחלף לה בין מלא לחסר איכא דאמרי אתא עניא וקאי אבבא אפיקא ליה ריפתא אשכחתיה דנפל על אנפיה אמרה ליה קום קטלית לאחי' (בבא מציעא נ"ט/ב').
'בראשונה היתה הוצאת המת קשה לקרוביו יותר ממיתתו עד שהיו מניחים אותו ובורחין, עד שבא רבן גמליאל ונהג קלות בעצמו והוציאוהו בכלי פשתן ונהגו כל העם אחריו להוציא בכלי פשתן' (כתובות ח'/ב').
למרות שתאריך פטירתו אינו ידוע, יש העורכים הילולא בי"ח סיון.