A genovai születésű Gassman jogot tanult Rómában, majd a Drámai Művészetek Akadémiáján folytatta tanulmányait. Még nem szerezte meg a diplomát, amikor már felvették Alda Borelli egykori híres színtársulatába, és később Luchino Visconti színicsapatában is dolgozott. Modern és antik drámák főszerepeiben lépett színpadra; óriási sikert aratott Hamletként és Peer Gyntként. Később ő maga is rendezett, és állított színpadra műveket. Első filmsikerét a filmtörténeti jelentőségű Keserű rizsben aratta (1949), majd Hollywoodba szerződött, ahol több film fő- és fontos mellékszerepét játszotta el. Igazi tehetsége azonban hazájába visszatérve bontakozott ki. Dino Risi Előzés (1962) című filmje hozta meg számára a világhírt. Nemcsak a közönség, a kritika is egyhangúlag dicsérte karakteres alakítását. Risi, érezve a siker további lehetőségeit, közel egy tucat filmjének főszerepét játszatta el Gassmannal. Kiemelkedik közülük a Szörnyetegek (1964), amelyért a Buenos Aires-i filmfesztiválon a legjobb férfi alakítás díját nyerte el Ugo Tognazzival, és A nő illata (1974), melynek főszerepéért Cannes-ban is díjat kapott. Hosszú filmszínészi pályáján alakított katonát, bírót, rendőrt, gyilkost, remetét, aranyifjút, sőt esetenként nőalakban is felbukkant, kosztümös és modernkori szerepekben egyaránt megállta helyét. Az 1980-as évektől újabb drámai erejű újabb filmekben játszott új rendezőkkel, mint Alain Resnais, Krzysztof Zanussi, Ettore Scola. 1982-ben önéletrajzi ihletésű filmet készített Alessandro fia társrendezőjeként Az apa fia címmel. 1979-től fiatal színészeket nevelt Firenzében. Irodalmi munkásságát már a negyvenes és az ötvenes években is díjakkal ismerték el, önéletrajzi köteteket adott ki, költőként is bemutatkozott, s Fehér bálna címmel színművet is írt. 1994-ben Gassman Dantét olvas címmel rendkívül nagy hatású, több száz részből álló, különleges ismeretterjesztő értékű televíziós sorozatban hozta közel a nézőkhöz az Isteni színjátékot. 75 évesen lemezre szavalta II. János Pál pápa több versét.