Figlio di un droghiere e di una insegnante, ebbe una infanzia tranquilla. Nel 1936, ventenne, si iscrisse alla facoltà di medicina e si dedicò all'attività sportiva, gareggiando in una squadra di canottaggio. Nel 1938, durante una trasferta a New York, assistette ad uno spettacolo teatrale, rimanendone affascinato. Tornato a Los Angeles, si iscrisse al Neighborhood Playhouse, abbandonando gli studi universitari. Dopo alcuni anni di attività teatrale, nel 1944 ottenne il suo primo contratto cinematografico per il ruolo di protagonista nel film Tamara, figlia della steppa (1944). Subito dopo girò Le chiavi del paradiso (1944), per cui ottenne la sua prima nomination all'Oscar, seguito l'anno successivo da La valle del destino (1945). Sempre nel 1945 la carriera ebbe una svolta, grazie all'incontro con Alfred Hitchcock, il quale lo affiancò a Ingrid Bergman nel giallo psicologico Io ti salverò (1945). Ebbe un tale successo che Peck venne chiamato da altri grandi maestri della regia. In Barriera invisibile (1947), un duro atto di accusa contro l'antisemitismo che procurò a Peck la sua terza nomination all'Oscar. Nel film   Cielo di fuoco (1949), valse a Peck la quarta nomination all'Oscar. Durante gli anni cinquanta Peck consolidò il suo enorme successo con grandi film, tra cuiVacanze romane 1953. Nel 1955 sposò la giornalista francese Veronique Passani da cui ha avuto due figli, Anthony e Cecilia. Dal precedente matrimonio (1942-1955) con Greta Konen, Peck ebbe tre figli: Jonathan, Stephen e Carey. Peck continuò a essere diretto da grandi registi di fama. Il film Il buio oltre la siepe (1962) consacrò Gregory Peck, facendogli vincere l'Oscar come migliore attore protagonista nel 1963. Durante gli anni settanta, Peck ottenne ancora un grande successo mondiale con l'inquietante thriller Il presagio (1976). Solo agli inizi degli anni novanta Peck ricomparirà in film di cassetta. Il 20 gennaio 1969 il Presidente Lyndon B. Johnson ha onorato con la Medaglia presidenziale della libertà il suo impegno umanitario. È morto all'età di 87 anni.