Nació el 23 de octubre de 1875 en Weymouth, Massachusetts.

En 1884 su familia se radica en Lincoln, Nebraska.

Cursó estudios en las universidades de Nebraska, Harvard, Leipzig y Gotinga. Tras de obtener su  Doctorado permaneció como instructor durante un año antes de viajar con una beca, estudiando con los fisicoquímicos Wilhelm Ostwald y Walter Nernst.


Fue profesor de química en Harvard de 1899 hasta 1906, y en el Instituto de Tecnología de Massachusetts desde 1907 a 1912. Posteriormente fue profesor de química física en la Universidad de California en Berkeley, y también fue decano de la Escuela de Química.

Fue el primero en proponer que los átomos podrían mantenerse unidos por medio de la comparación de pares de electrones; de acuerdo con esta idea introdujo el simbolismo de las estructuras, en las que los electrones se representan por puntos (estructuras de Lewis).

Desarrolló una teoría sobre la atracción y valencia químicas con el químico Irving Langmuir, basándose en la estructura atómica de las sustancias, conocida como teoría Langmuir-Lewis. En 1926 acuñó el término "fotón" para la menor unidad de energía radiante.

Fue el primero también en preparar y estudiar, en estado puro, el agua pesada. Reconocido además por su trabajo sobre la teoría de las disoluciones y la aplicación de los principios de la termodinámica a los problemas químicos.


El 21 de junio de 1912, se casó con Mary Hinckley Sheldon, con la que tuvo dos hijos.

Gilbert N. Lewis falleció a causa de una cardiopatía en Berkeley el 23 de marzo de 1946.


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