Giuliano Gemma débute au cinéma avec une apparition dans Ben-Hur, puis dans Le Guépard, de Visconti. En France, il se fait remarquer en 1965 du grand public en incarnant Nicolas, jeune homme amoureux de Michèle Mercier dans la série des Angélique.
Le succès viendra en 1965, quand il tourne, sous la direction de Duccio Tessari, un film devenu culte dans le genre "western spaghetti", "Un pistolet pour Ringo". L'engouement suscité par ce film engendrera une suite intitulée "Le retour de Ringo".
Cet acteur, d'abord sympathique et doté d'un indéniable charisme, participera à de nombreuses productions du genre, souvent pour le pire, parfois pour le meilleur.
Après la disparition du western italien, Giuliano Gemma a abordé des genres aussi divers que le film d'action et d'aventure ou la comédie (notamment une série de films en duo avec
Bud Spencer). Gemma obtiendra son plus grand rôle dans "Le Désert des Tartares (1976), de
Valerio Zurlini, adapté du roman de Dino Buzzati. Son bref retour au western dans "Tex et le seigneur des abysses", adapté de la BD et à nouveau mis en scène par Duccio Tessari, se soldera par un échec. Giuliano Gemma pratique également la sculpture, qu'il définit comme la vraie passion de sa vie.