Еще с детских лет Гаэль участвовал в различных театральных постановках. Но первую серьезную роль он получил в девятилетнем возрасте в телесериале «Тереза» с актрисой Сальмой Хайек в главной роли. В одиннадцателетнем возрасте со своим другом - актером Диего Луна - Гаэль сыграл в театральной постановке «Похищение Звезд». Год спустя Берналь получил роль в сериале «Дедушка и я», в котором был также задействоан актер Диего Луна. К тому времени Гаэль и Диего уже были лучшими друзьями.
Позже последовали роли в различных постановках и короткометражных фильмах, среди которых «Изнутри, сердце» режиссера Антонио Уррутиа. Лента была номинирована на премию «Оскар» в категории «Лучший короткометражный фильм». В 17 лет актер отправился в Лондон для изучения актерского мастерства в Центральной Школе сценической речи и драматического искусства.
По возвращении на родину Гаэль сыграл в фильмах «Cerebro» Андреса Леона Бекера и «Сука любовь» Алехандро Гонзалеза Иньярриту. Фильм мексиканского режиссера Иньярриту был номинирован на «Оскар» в категории «Лучший иностранный фильм», получил премии и награды многих кинофестивалей, в числе которых и Каннский. Роль в этом фильме принесла Берналю первую серьезную премию - «Серебряный Ариэль» (мексиканский эквивалент «Оскара»), а также мировую известность и востребованность со стороны многих известных режиссеров.
Таким образом, в 2001-ом году режиссер Альфонсо Куарон пригласил Гаэля на одну из главных ролей в своем новом фильме «И твою маму тоже». Картина была номинирована на «Оскар» и «Золотой глобус», получила ряд наград на различных кинофестивалях. За роль в этом фильме Гаэль получил приз имени Марчелло Мастрояни Венецианского кинофестиваля. В том же году на большие экраны вышел драматический фильм «Частная жизнь» аргентинского режиссера Фито Паэса с Гаэлем и супругой режиссера - актрисой Сесилией Рот - в главных ролях.
В 2001-ом году Берналь снялся в фильме испанского режиссера Агустина Диаса Яньеса «Нет вестей от Бога» с Викторией Абриль и Пенелопой Круз в главных ролях. За роль второго плана в этом фильме Гаэль удостоился высшей кинематографической премии Испании «Гойя». Через год на экраны вышла экранизация романа португальского писателя Хосе Мари Эко Дэкуэроса «Преступление отца Амаро» (1875). Гаэль исполнил главную роль - молодого священника, искушенного 16-летней прихожанкой Амелией. «Тайну отца Амаро» режиисера Карлоса Карреры окрестили антикаталической и провакационной картиной. Несмотря на это, фильм оказался востребован зрителями и завоевал девять наград «Серебряный Ариэль». В 2003-ем эта картина была номинирована на «Оскар» в категории «Лучший иностранный фильм».
Затем следуют главные и второстепенные роли в нескольких картинах, среди которых «Любовь по случаю», «Точки над И» (фильм-лауреат кинофестиваля в Довилле), «Мечтая о Джулии» с Харви Кейтелем в главной роли (фильм номинировался на Гран При кинофестиваля в Братиславе) и др. В 2004-ом году вышла биорафическая картина о легендарном команданте «Че Гевара: Дневник мотоциклиста» бразильского режиссера Уолтера Саллеса с Гаэлем в главной роли. Фильм получил множество призов и наград, премию «Оскар» за «Лучшую песню» и др. Берналю прочили приз Каннского кинофестиваля за «Лучшую мужскую роль», но в результате премия досталась японскому актеру Юя Ягира за роль в фильме «Никто не узнает».
В том же году на экраны вышел драматический триллер «Дурное воспитание» испанского режиссера Педро Альмодовара. Берналь сыграл сразу три роли в этой картине. Фильм выдвигался на «Сезар», «Гойю» и другие премии. Гаэль получил приз Международного кинофестиваля в Вальдивии, премию общества поддержки независимого кино «Chlotrudis» и другие награды.
В 2006-ом на экраны вышла «Наука сна», очередной фильм французского режиссера Мишеля Гондри с Гаэлем и Шарлоттой Генсбур в главных ролях. Фильм был предствлен на Берлинском кинофестивале. Берналю досталась роль застенчивого молодого человека, которого взяли в плен обитатели его же собственного сна.
В мае 2006-го года на Каннском кинофестивале состоялась премьера картины «Круговорот» (последнего фильма из трилогии о смерти мексиканского режиссера Алехандро Гонзалеза Иньярриту). Одну из ролей в этом фильме исполнил Гаэль Гарсия Берналь. В 2007-ом году на экраны выходит режиссерский дебют Гаэля. Ради этого проекта актер отказался от роли главного злодея в триллере «Ультиматум Борна».
В 2010 году Гаэль Гарсиа Берналь в качестве режиссёра начал съёмки 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.