A középiskolát Budapesten végezte.1918. március 15-én behívták katonának, az észak-itáliai fegyverszünet után tért haza. 1924-ben mérnöki diplomát szerzett Berlinben. 1927-ben doktori értekezést írt a katódsugárcsőről.
1927-1932-ig német cégeknél dolgozott. 1933-ban, a náci hatalomátvétel után elhagyta Németországot és hazatért Magyarországra. 1934-ben letelepedett Angliában.
Az elektronoptikai leképezés tudományos vizsgálata vezette a holográfia feltalálásához. Felismerte, hogy a tökéletes leképezéshez a tárgyról visszavert hullámok valamennyi információját fel kell használni. Nemcsak a hullámintenzitást – mint azt a hagyományos eszközök teszik -, hanem a hullám fázisát és amplitudóját is. Ha ez megvalósul, akkor a tárgyról teljes(holo) és térbeli(graf) kép nyerhető.
Az optikai holográfia elméletét Gábor Dénes 1946 és 1951 között dolgozta ki, ami azonban 1960-ig, a lézer felfedezéséig nem terjedt el. „A holografikus módszer feltalálásáért és a kifejlesztéséhez való hozzájárulásáért” 1971-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat.
1974-ben súlyos agyvérzést szenvedett. 1979. február 9-én hunyt el Londonban.