Rođen je u Parizu u katoličkoj obitelji podrijetlom iz Burgundije.[1] Gilson je pohađao malo sjemenište u Notre-Dame-des-Champsu, a potom je završio srednjoškolsko obrazovanje u gimnaziji Henri IV. Nakon odsluženja vojnog roka, tijekom kojeg je počeo čitati Renéa Descartesa, studirao je za diplomu prvostupnika, fokusirajući se na utjecaj skolastike na kartezijansku misao.[2] Nakon studija na Sorboni kod Victora Delbosa i Luciena Lévy-Bruhla te na Collège de France kod Henrija Bergsona, završio je studij filozofije 1907. godine.[2]
Godine 1908. oženio se Thérèsom Ravisé od Meluna te je predavao u srednjim školama u Bourg-en-Bresseu, Rochefortu, Toursu, Saint-Quentinu i Angersu.[2] Godine 1913., dok je predavao na Sveučilištu u Lilleu, obranio je doktorsku disertaciju na Sveučilištu u Parizu na temu „Sloboda u Descartesa i teologiji”. Njegovu karijeru prekinulo je izbijanje Prvog svjetskog rata, jer je unovačen u francusku vojsku. Služio je na bojištu i sudjelovao u bitci za Verdun kao potporučnik.[2] Uhvaćen je u veljači 1916. te je u zatočeništvu proveo dvije godine.[2]
Godine 1919. postao je profesor povijesti filozofije na Sveučilištu u Strasbourgu. Od 1921. do 1932. predavao je povijest srednjovjekovne filozofije na Sveučilištu u Parizu.[2] Također je predavao tri godine na Harvardu.[2] Godine 1929. izabran je u Američku akademiju znanosti i umjetnosti.[3] Kao međunarodno priznati mislilac, Gilson je prvi, zajedno s Jacquesom Maritainom, dobio počasni doktorat iz filozofije na Papinskom sveučilištu Svetog Tome Akvinskog1930. godine.[4]
Na poziv Kongregacije sv. Bazilija, osnovao je Papinski institut za srednjovjekovne studije u Torontu u suradnji s St. Michael's Collegeom na Sveučilištu u Torontu.[5] Izabran je u Francusku akademiju1946. godine. Godine 1948. izabran je za međunarodnog člana Američkog filozofskog društva.[6]
