Fasciné dès l'enfance par le cinéma et les actrices, Gaël Morel grandit dans un petit village de la région lyonnaise. Membre d'un Jury Jeunes au Festival de Cannes à 18 ans, il se destine à la mise en scène. Mais André Techiné lui propose de jouer l'un des rôles principaux des Roseaux sauvages, celui de François, ado introverti et tourmenté, entre les fracas de la guerre de l'Algérie et la découverte de l'homosexualité - un personnage dans lequel le réalisateur a mis beaucoup de lui-même. On le verra ensuite en étudiant dans Le Plus bel âge (1995) et le drame carcéral Zonzon (1998), mais Gaël Morel décide de se consacrer essentiellement à la réalisation (il retrouvera d'ailleurs le personnage de François, devenu cinéaste, dans Loin de Téchiné).

Très lié aux acteurs qui furent ses partenaires dans Les Roseaux sauvages, Gaël Morel fait de Stéphane Rideau le héros de son premier court métrage, La Vie a rebours (1994), mais aussi de son premier long, A toute vitesse (1996), dans lequel on retrouve aussi Elodie Bouchez. Portrait fiévreux d'une jeunesse tourmentée, ce film est présenté à Cannes dans la section Cinémas en France. Après un téléfilm réalisé pour Arte, il part en Algérie tourner son deuxième opus, Les Chemins de l'Oued, réflexion sur le trouble identitaire et les troubles politiques.

Attaché à capter la sensualité des corps masculins, il dresse avec Le Clan (2004) un état des lieux de la condition de l'homme. Pour son quatrième long métrage, Après lui, un film sur le deuil présenté à la Quinzaine des Réalisateurs en 2007, Morel dirige Catherine Deneuve, actrice qu'il admire depuis l'enfance et comédienne-fétiche de son mentor André Téchiné. Un an plus tard, Arte diffuse New Wave, un téléfilm qu'il a réalisé sur les débuts du mouvement musical 80's, avec Béatrice Dalle en tête d'affiche. Après cette collaboration, il retrouve l'actrice et Stéphane Rideau dans Notre paradis, un drame ayant pour thème la prostitution masculine.

Il faut attendre 2017 pour voir le nouveau film de Gaël Morel, Prendre le large, dans lequel Sandrine Bonnaire incarne une ouvrière qui, suite à un plan social, décide de rejoindre son usine délocalisée au Maroc. Le cinéaste livre ensuite deux films pour la télévision, Famille tu me hais et Constance aux enfers, puis revient au cinéma avec le mélodrame Vivre, mourir, renaître, qui se déroule durant les années sida et est emmené par les jeunes talents Lou Lampros, Victor Belmondo et Théo Christine.