Мюллер — левша, и его подача во второй квадрат крайне опасна. Мощная подача, хорошо поставленный бэкхэнд (удар закрытой ракеткой) и хорошая игра с лета неотъемлемые элементы атакующего стиля Жиля. Люксембуржец проповедует быстрый атлетичный теннис и поэтому наиболее опасен на быстрых покрытиях. Его излюбленным прием — элемент «подача-выход к сетке» (англ.serve-and-volley). Уже после первого удара он продвигается к сетке и играет с лёта, что часто очень эффектно.
В апреле 2005 он дошел до 1/4 финала на турнире в Касабланке. В июле 2005 года ему во второй раз в карьере удается достичь финальной стадии турнира ATP. На этот раз на турнире в Лос-Анджелесе он вновь уступает в решающем поединке на этот раз Андре Агасси 4-6, 5-7. В сентябре Мюллер доходит до четвертьфинала в Бангкоке. Этот результат он повторяет 2006 году на турнирах в Ченнае, Делрей-Бич, Эшториле и Индианаполисе. В 2008 году выигрывает еще два турнира из серии Challenger. Самый заметный результат в этом году он достигает на Открытом чемпионате США. Пройдя квалификационный отбор ему удалось дойти до четвертьфинала. Среди тех кого он по пути переиграл были такие известные теннисисты как Николас Альмагро, Томми Хаас и Николай Давыденко. Путь в полуфинал ему преградил швейцарец Роджер Федерер.
В сезоне 2011 года Жиль выиграл Challenger в Ноттингеме. В июле доходит до полуфинала в Атланте. На Открытом чемпионате США он вышел в четвёртый раунд, где проиграл Рафаэлю Надалю. В сентябре на турнире в Меце Мюллер вышел в полуфинал.
2012—2016.
В июле 2012 года Мюллер вперве за семь лет вышел в финал турнира АТП. Произошло это в Атланте, где в матче за титул он проиграл американцу Энди Роддику — 6-1, 6-7(2), 2-6. В августе он сыграл на первых для себя Олимпийских играх, которые проводились в Лондоне. В матче второго раунда 29-летний Жиль проиграл Денису Истомину. В октябре на зальном турнире в Вене он смог добраться до полуфинала. Сезон 2013 года для Мюллера сложился не лучшим образом. Только один раз он вышел в четвертьфинал соревнований Мирового тура на турнире в Марселе. Открытый чемпионат Франции стал последним в году турниром для теннисиста из Люксембурга и вторую половину сезона он пропустил из-за травмы локтя. В рейтинге Жиль откатился в четвёртую сотню.
Возвращение после травмы состоялось в январе 2014 года. Из-за низкого рейтинга он играл на «фьючерсах» и «челленджерах». Весной он победил на четырёх турнирах серии «челленджер». Ещё один он выиграл в июле в Реканати. Мюллер смог вернуться в Топ-50 мирового рейтинга в 2014 году. В январе 2015 года он сыграл в полуфинале турнира в Сиднее, а на Открытом чемпионате Австралии впервые вышел в четвёртый раунд. Следующий раз в полуфинал соревнований Мирового тура он вышел в июне в Хертогенбосе. Летом на турнире в Атланте Жиль вышел также в полуфинал, а в парном разряде смог достичь финала в партнёрстве с Колином Флемингом. Лучшим результатом осенней части сезона стал полуфинал в Токио в октябре.
В январе 2016 года Мюллер второй год подряд вышел в полуфинал турнира в Сиднее. В феврале он также достиг 1/2 на турнире в Софии. В июне Жиль смог пройти в финал турнира в Хертогенбосе, но главный приз он не завоевал, уступив Николя Маю со счётом 4-6, 4-6. Через две недели он вышел в полуфинал ещё одного турнира на траве в Ноттингеме. В июле в Ньюпорте Мюллер вышел в финал, где в очень упорной борьбе проиграл Иво Карловичу — 7-6(2), 6-7(5), 6-7(12). Этот финал турнира АТП стал пятым в карьере теннисиста из Люксембурга и в пятый же раз он проиграл в нём. В августе на Олимпиаде в Рио-де-Жанейро Мюллер смог преподнести сюрприз, обыграв во втором раунде № 9 в мире на тот момент Жо-Вильфрида Тсонга, однако в третьем раунде он завершил выступление на Олимпиаде, уступив Роберто Баутисте. Осенью Жиль смог выйти в полуфинал турнира в Базеле.
2017—2018. Первый титул в Мировом туре.
2017 год стал лучшим в карьере Мюллера. На старте сезона он сыграл в парном финале турнира в Брисбене в дуэте с Сэмом Куэрри. На следующем турнире в Сиднее 33-летний Мюллер выиграл свой дебютный трофей АТП. В своём шестом в карьере финале основных соревнований ассоциации он сломил сопротивление британца Даниеля Эванса — 7-6(5), 6-2. В мае Жиль вышел в первый финал АТП на грунте на турнире в Кашкайше, но проиграл в нём испанцу Пабло Карреньо — 2-6, 6-7(5). В июне Мюллер выигравает ещё один турнир — в Хертогенбосе. В 1/2 финала он выбил из сетки № 10 в мире Александра Зверева (7-6(5), 6-2), а в финале оказался сильнее Иво Карловича (7-6(5), 7-6(4)). Через неделю в Лондоне Жиль вышел в полуфинал. Отличным образом он сыграл на Уимблдонском турнире. В матче четвёртого раунда Мюллер одержал победу над знаменитым Рафаэлем Надалем в тяжелейшем матче длительностью 4 часа 48 минут. Их встреча закончилась при счёте 6-3, 6-4, 3-6, 4-6, 15-13 в пользу Жиля. Мюллер второй раз в карьере обыгрывает Надаля с разницей в 12 лет и он впервые смог выиграть действующего второго номера в мире. В первом в карьере четвертьфинале Уимблдона Мюллер в третий раз за время турнира сыграл пятисетовый матч, но на этот раз проиграл № 6 в мире Марину Чиличу (6-3, 6-7(6), 5-7, 7-5, 1-6). В июле 2017 года Жиль вышел в полуфинал турнира в Атланте и достиг наивысшей в своей карьере позиции в рейтинге — 21-го места.
В 2018 году на турнире в Сиднее Жиль дошёл до четвертьфинала, где уступил французу Бенуа Перу. На Открытом чемпионате Австралии Жиль Мюллер дошёл до третьего раунда. В феврале он сыграл в четвертьфинале турнира в Софии и уступил Мариусу Копилу из Румынии. Сезон стал последним в карьере Жиля. Последний матч он сыграл в августе а Открытом чемпионате США, проиграв в первом раунде итальянцу Лоренцо Сонего, и завершил теннисную карьеру.