Après une formation en production cinématographique à l’Université Concordia et une maîtrise à la School of Cinema and Television de l’University of Southern California à Los Angeles, Gabriel Pelletier se lance dans la réalisation de vidéoclips. Son nom est ensuite associé à plusieurs séries télévisées, tant à Toronto qu’à Montréal, dont War of the Worlds, Shadow of the Past et Meurtre en musique. Il réalise par la suite quatre épisodes de Sirens en 1994-1995 et un épisode de la série Emily of New Moon en 1997. On lui confie aussi la réalisation des cinq premiers épisodes de Réseaux et en 1998-1999 de deux épisodes de The Adventures of Jules Vernes.
En 1992, Gabriel Pelletier réalise son premier long-métrage, L’Automne sauvage. Sa grande polyvalence l’amène à la réalisation d’une comédie fantastique savoureuse, Karmina (Prix du public et le Prix spécial du jury au Festival du film fantastique de Bruxelles; onze nominations aux Prix Génie 1997, dont Meilleur film, Meilleure réalisation et Meilleur scénario). En 1999, il réalise La Vie après l’amour (Prix du public du Festival Juste pour rire édition 2000, Billet d’or au Gala des prix Jutra).
En 2000, Gabriel Pelletier s’associe à Nicole Robert et Jacques Langlois pour fonder Go Films. Il travaille ensuite à l’écriture de bon nombre de projets tel que l’adaptation cinématographique du roman de Jean Lemieux On finit toujours par payer, avec le scénariste Marcel Beaulieu. En 2010, il réalise le long-métrage tiré de ce roman et l’intitule La peur de l’eau (deux prix au Festival du film policier de Liège : meilleur film et meilleur acteur pour Pierre-François Legendre).
Il travaille actuellement à l’adaptation cinématographique du roman Vaporetto 13 de Bob Girardi, en collaboration avec le producteur Jacques Bonin.