Formé au Conservatoire National Supérieur d’Art Dramatique, Grégory Gadebois est pensionnaire de la Comédie-Française de 2006 à 2012. Il y est notamment dirigé par Denis Podalydès, Anne Kessler et Jean-Pierre Vincent. Après avoir quitté la troupe, il joue dans plusieurs spectacles dont Des fleurs pour Algernon, d’après Daniel Keyes, qui lui vaut le Molière seul(e) en scène.
Grégory Gadebois avait débuté au cinéma en 2005, dans Les âmes grises d’Yves Angelo. Il est ensuite dirigé par plusieurs cinéastes dont Philippe Garrel (La frontière de l’aube, 2008) et Joann Sfar (Gainsbourg, vie héroïque, 2010). Il remporte le César du meilleur espoir masculin pour Angèle et Tony (2011) d’Alix Delaporte.
On le voit ensuite dans de nombreux seconds rôles au cours de la décennie. Parmi ses films, on peut citer Les adieux à la reine (2012) de Benoit Jacquot, Augustine (2012) d’Alice Winocour, et Brèves de comptoir (2014) de Jean-Michel Ribes. Il est excellent en père alcoolique dans Marvin ou La belle éducation (2007) d’Anne Fontaine, ou en convive cachant un lourd secret dans Le jeu (2008) de Fred Cavayé.
Grégory Gadebois est nommé au César du meilleur espoir masculin pour son interprétation du commandant Henry dans J’accuse (2019) de Roman Polanski.
On le revoit en 2021 dans Tout s’est bien passé de François Ozon, Présidents d’Anne Fontaine, Délicieux d’Éric Besnard et Chère Léa de Jérôme Bonnell.
