Nacido en Odessa, Rusia, estudió en las universidades de Novorossia y Leningrado (San Petersburgo) óptica y astrofísica. Amplió sus estudios en la universidad germana de Gotinga, donde sus muy notables progresos en el campo de la investigación sobre la teoría cuántica de la relatividad causaron la sorpresa de científicos de la talla de Niels Bohr, que le invitó a trabajar en Dinamarca en el campo de la fusión nuclear (1928-29). En 1929, un año después de doctorarse, fue becado por la Fundación Rockefeller para investigar en la Universidad de Cambridge en reacciones termonucleares. En 1931, Gamow regresó a la Unión Soviética y pasó un corto período en la Academia de Ciencias de Leningrado, antes de escapar a la Universidad de Londres y, más tarde, a la George Washington de la capital federal (1934). En Estados Unidos, amplió el campo de su investigación y planteó la que fue descrita como teoría del big bang sobre la formación del universo a partir de una gran explosión. Su trabajo tuvo una dimensión práctica en los desarrollos que condujeron a la fabricación de las primeras bombas de hidrógeno. Las ideas fundamentales de Gamow aparecieron en el libro The Creation of The Universe (1952), que alcanzó una gran difusión internacional. Premio Kalinga de la UNESCO a la divulgación científica (1956), su obra conjugó el plano científico creativo con una fuerte proyección divulgadora de la ciencia y se movió en los terrenos de la radioactividad, la estructura del núcleo atómico y las fuentes de la energía nuclear.
Es en los últimos años de su vida cuando Gamow, que había estudiado a Shannon, abordó la teoría de la información y la criptografía desde la bioquímica, con una propuesta básica sobre la información genética y la estructura del ADN, mediante secuencias de nucleótidos y aminoácidos dentro de cada proteína Concluyó su actividad académica en la Universidad de Colorado en Boulder (1956-68) como profesor de física.
Entre sus libros: Constitution of Atomic Nuclei (1931), Mr. Tompkins in Wonderland (1939), One, Two, Three?... Infinity (1947), The Creation of the Universe (1952), Mr. Tompkins Learns the Facts of Life (1953), The Atom and Its Nucleus (1961). En lengua española, entre otros: En el país de las maravillas: relatividad y cuantos, FCE, México, 1958; Los hechos de la vida, FCE, México, 1959 (Madrid, 1999); La investigación del átomo, FCE, México, 1968.