Gyllenberg disputerade på en avhandling om de termofila bakterierna av släktet Bacillus och blev agronomie och forstdoktor 1951. Han var 1954–1962 docent i mikrobiologi vid Helsingfors universitet, 1962–1969 biträdande professor och 1972–1988 professor i detta ämne.
Gyllenberg var engagerad i vetenskapspolitiken bland annat som ordförande för Vetenskapliga centralkommissionen vid Finlands Akademi 1974–1979 och anlitades av internationella organisationer för olika expertuppdrag. Han var även aktiv inom fredsrörelsen.
