Ügyelő volt a Hunnia Filmgyárban, majd a római filmfőiskolán (Centro Sperimentale di Cinematografia) mélyítette el ismereteit, ahol filmelméletet, filmtörténetet, vágást tanult. 1961-ig ugyanitt oktatóként is tevékenykedett. Itthon a Budapest Filmstúdió munkatársaként híradókat készített asszisztensként, alapító tagja volt a Balázs Béla Stúdiónak. Alkotói pályája a Budapest Filmstúdió jogutódjánál, a IV. Stúdióban folytatódott, Nemeskürty István irányításával.
Dokumentaristaként indult, Pályamunkások című rövid mozgóképe (főiskolai vizsgadarabja) a fizikai munkát tette vizuális és akusztikus hatáselemmé, ritmusalkotó tényezővé. A Sára Sándor rendezte Cigányok operatőreként a hazai valóság egyik alapproblémájáról adott látleletet.
Tiszai filmtanulmányai vezettek Sodrásban című első és mindjárt nemzetközi sikerű játékfilmjéhez, amely a népből származó értelmiségi ifjúság felelősségéről szól. Mészöly Miklós kisregényéből készült a Magasiskola, amelyet a pusztuló magyar faluról készült lírai beszámolója, a Holt vidék követett. Bartók Béla és általában a zene kezdettől fogva meghatározó élménye volt, Orfeusz és Eurydiké című filmje Gluck muzsikájának képi megjelenítése, egyszersmind filozofikus átgondolása az emberi élet értelmének.
További emlékezetes alkotása a Zöldár, a Keresztelő, a Peer Gynt, az Örökségünk, a Vámhatár, a Krónika, a Naponta két vonat, a Legato, a Haláltánc, a Cserepek, a Római szonáta, az Isten teremtményei, az Éjszaka, a Gyökerek (Bartók-sorozat), a Rendhagyó párizsi leltár és a Keralai mozaikok.
Mesterkurzusokat tartott Indiában (1985, 1994, 1995, 1996), cannes-i és egyéb zsűrifeladatokat teljesített. 1990-ben az állófényképezés művészeként mutatta be a Műcsarnok kiállítása. Költői tehetségét a Portugál gálya (Physalia) című írása bizonyította.
Munkásságát számos kitüntetéssel ismerték el: 1963-ban a Karlovy Vary-i filmfesztivál fődíjával, 1965-ben a filmkritikusok díjával, 1969-ben Balázs Béla-díjjal tüntették ki, 1970-ben a cannes-i fesztivál különdíját kapta a Magasiskoláért. 1981-ben érdemes művész lett, 1991-ben Kossuth-díjat kapott, 1999-ben megkapta a Magyar Filmszemle életműdíját. 2005-ben elnyerte a Magyar Mozgókép Mestere címet. Gaál István szerepelt a 2007-es Prima Primissima Díj magyar színház- és filmművészet kategóriájának jelöltjei között.
Gaál Istvánt a Magyar Filmművészek Szövetsége és a Magyar Mozgókép Közalapítvány saját halottjának tekintette.
Születésének 75. évfordulójának emlékére 2008. augusztus 25-én Pásztón a Múzeum téren megnyílt a Gaál István emlékszoba, ami budapesti lakásának megfelelően bútoraival, személyes tárgyaival van berendezve. 2020-ban lebontásra került és áthelyezték Salgótarjánba. A Dornyay Béla Múzeum adott otthont a Gaál-hagyatéknak és mutatja be állandó kiállítás formájában Gaál István életművét.
Képességek. Gaál István fényképei; szerk. Kincses Károly, Módos Péter, Schrammel Imre; Magyar Fotográfiai Múzeum, Kecskemét, 2007 (A magyar fotográfia történetéből)
Shah Gabriellaː Egy képíró a Varázsvölgyből. Gaál István életútja; Nógrád Megye Önkormányzata, Salgótarján, 2011 (Nógrád, a varázslatos világ)
Sodrásban. Gaál 80; szerk. Pintér Judit, Shah Gabriella; Magyar Művészet Akadémia, Bp., 2014
Kovács Sándorː Bartók Béla útján. Utószó a Gyökerek című filmhez; fénykép Gaál István, szerk., előszó Várbíró Judit; Holnap, Bp., 2001 (angolul, franciául, németül, olaszul is)
