Mourou 1973-ban szerzett PhD fokozatot Franciaországban, majd az Egyesült Államokba ment, és 1977-ben a Rochesteri Egyetem professzora lett.[3] 1990-ben a Michigani Egyetemen a Center for Ultrafast Optical Science alapító igazgatója, majd 2005 és 2009 között az ENSTA optikai laboratóriumának igazgatója volt. Jelenleg a Michigani Egyetem emeritus professzora.
2018. október 2-án Mourou Donna Stricklanddel, egykori doktoranduszával elnyerte a fizikai Nobel-díjat a fázismodulált impulzuserősítés kidolgozásáért.[4] A díj másik felét Arthur Ashkin kapta meg a lézercsipeszekkel kapcsolatos munkájáért.[5] Strickland és Mourou 1985-ben jelentették meg úttörő munkájukat "A fázismodulált optikai impulzusok tömörítése" címen, ekkor Strickland doktorandusz volt Mourou alatt.[6][7] A Rochester Lézerenergetikai Laboratóriumában a lézerekhez fejlesztett fázismodulált impulzuserősítés[3] vezetett a nagy intenzitású, ultrarövid fénysugár impulzusok fejlődéséhez. Mivel az ultrarövid és a ultraéles fénysugarak rendkívül pontos vágásokat tesznek lehetővé, a technikát lézeres mikromegmunkálásban, a lézeres sebészetben, az orvostudományban, az alapkutatásokban és egyéb alkalmazásokban használják. Ez tette lehetővé az orvosok számára, hogy évente több millió lézeres látáskorrekciós műtétet végezhessenek.[8]
