Dorés Begabung als Zeichner fiel schon auf, als er noch Schüler war. Zudem begann er als Siebenjähriger, mehrere Instrumente zu spielen, so auch Violine, die er in der Folge virtuos beherrschte. Mit neun Jahren versuchte er sich erstmals an der Illustration von Dante Alighieris Göttlicher Komödie. Mit dreizehn Jahren kam er nach Paris und war mit 15 Jahren 1847 als Illustrator beim Journal pour rire tätig. Im gleichen Jahr wurde auch seine erste Arbeit, Die Abenteuer des Herkules, im Pariser Verlag Aubert veröffentlicht.
1853 bekam er die Gelegenheit, die Illustration zu den Werken Lord Byrons beizusteuern. Später folgten Aufträge für andere Veröffentlichungen, die Bebilderung der englischen Bibel miteinbegriffen. Zehn Jahre danach (1863) besorgte Doré die Illustration der französischen Ausgabe von Miguel de Cervantes’ Don Quijote, zu der er 370 Bilder anfertigte. Seine Arbeit beeinflusste fortan Kunstschaffende verschiedener Genres. Bekannt ist auch die übergroße Edition (1884) von Edgar Allan Poes erzählendem Gedicht The Raven, für die der Franzose über 25 Stahlstiche schuf.
Durch den Erfolg seiner Bibel-Illustrationen von 1866 konnte Doré ein Jahr darauf in London eine große Werkschau abhalten, die zur Gründung der Doré-Galerie in der Covelant Bond Street führte. 1869 erging an Gustave Doré vom englischen Journalisten William Blanchard Jerrold der Auftrag, gemeinsam mit diesem ein umfassendes Porträt von London zu gestalten. Doré unterzeichnete einen Fünf-Jahres-Vertrag mit dem Verlagshaus Grant & Co. Während der Dauer des Projekts, so lautete die Forderung, musste der Illustrator pro Kalenderjahr drei Monate in der Hauptstadt des Empire verbringen, erhielt er doch im Gegenzug jedes Jahr die gewaltige Summe von £10,000.
1872 erschien das Buch mit dem Titel London: A Pilgrimage. Darin sind 180 Stiche enthalten, die zwar kommerziell erfolgreich verkauft wurden, jedoch auch einer harschen Kritik ausgesetzt waren. Die meisten Kritiker warfen Doré vor, den Fokus hauptsächlich auf die Armenviertel und somit auf das Proletariat gelegt zu haben. Trotzdem erhielt der Künstler in Großbritannien zahlreiche Folgeaufträge.
Gustave Doré verstarb am 23.Januar 1883 in Paris an den Folgen eines Herzinfarkts. Der Künstler wurde nur 51 Jahre alt und hinterließ ein imposantes Œuvre mit mehreren tausend Einzelstücken. Seine letzte Ruhestätte fand er auf dem Friedhof Père Lachaise (Division 22).
