Né le 12 mai 1950 à Dublin, Gabriel Byrne grandit à Rathmines, banlieue de Dublin, où il reçoit selon ses propres termes « une éducation du XIXe siècle » au milieu des vertes landes d'Irlande aux pas des chevaux. Il passe son enfance dans les cinémas de Dublin, et imite avec ses camarades les cow-boys (un rôle qui le lancera quasiment vingt ans plus tard dans The Riordians, série culte sur une famille de paysans en Irlande et dans Buffalo Girls) et les mafiosos (rôle qu'il interprètera avec panache dans Miller's Crossing, tout en décontraction et cynisme dans Mad Dogs, et classique dans Shade).
À 12 ans, il s'engage dans la prêtrise car « il y a beaucoup d'appelés mais peu d'élus » et s'exile pendant quatre années infernales en Angleterre.
À 15 ans il est renvoyé à Dublin pour avoir fumé dans un cimetière. Il abandonne ses études et se lance dans une série de petits boulots : coursier, cuisinier, barman, serveur, apprenti plombier, fait le ménage dans une morgue...
À 19 ans il reprend ses études et étudie à l'University College of Dublin l'archéologie et la linguistique pendant quatre ans, part en Espagne où il sera professeur d'anglais dans l'armée espagnole et s'essaiera même à la tauromachie. Après quelque temps passé en Espagne il rentre au pays où il sera professeur d'espagnol dans une école privée de jeunes filles.
Il traîne dans les théâtres de Dublin, à la Radio Telefís Éireann (télévision irlandaise), enchaîne les petits rôles au début (spectacles expérimentaux).
La RTE lui offre un rôle dans The Riordans série culte depuis une vingtaine d'années en Irlande. Après quelques mois la série s'arrête.
En 1981, il fait ses débuts au cinéma dans Excalibur de
John Boorman. On l'aperçoit en autres dans
Hanna K., de
Costa-Gavras et
La Forteresse noire de
Michael Mann. Il attendra 1986 avec Gothic de
Ken Russell pour qu'il commence à se faire un nom.
Mais c'est aux États-Unis qu'il va devenir un acteur reconnu avec des films comme Miller's Crossing, des frères Coen,
Nom de code : Nina de
John Badham (remake de Nikita de
Luc Besson), Usual Suspects, Stigmata,
La Fin des temps (dans le premier il incarne un prêtre, dans l'autre Satan, auquel il affronte Schwarzenegger à l'aube de l'an 2000) et dernièrement
Assaut sur le central 13.
Mais il ne joue pas que dans des grandes productions: on l'a remarqué chez Cronenberg dans
Spider, Ray Lawrence dans Jindabyne et
Mike Newell dans
Le Cheval venu de la mer en autres.
Depuis 2008, il tient le rôle principal de la série produite par la chaîne américaine HBO, En analyse (In Treatment), en interprétant le psychothérapeute Paul Weston, qui lui vaudra deux nominations aux Emmy Awards en 2008 et 2009 et un Golden Globe en 2009.