Édesapja Günszberg Bernát, aki a családi nevüket Gáborra változtatta.
Már az elemi iskolában beleszeret a fizikába. Érettségi után tanulmányait a Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem gépészmérnök szakán folytatja, ahol Einstein előadásait is látogatja.
Barátai közé tartozik, Neumann János, Szilárd Leó és Wigner Jenő. Miután megszerezi a mérnöki diplomáját, első munkahelye Németországban egy magasfeszültségű távvezetékek tervezésével foglalkozó kutatóintézet lett. Disszertációjában tranziens jelenségek rögzítése érdekében az oszcillográf érzékenységének növelését dolgozta ki.
A náci hatalomátvétel után 1933-ban elhagyta Németországot és egy időre hazatér, majd végleg letelepedik Angliában, angol állampolgár lett. Feleségül veszi Marjorie Louise Butlert, akivel harmonikus házasságban él halála napjáig.
A holográfiát 1947-ben találja fel, amiért Nobel-díjat kap 1971-ben. A holográfia nevet két görög szóból alkotta: egész, teljes és írás, irat. A hologram felvételének és rekonstruálásának lényege: megfelelő módon rögzítjük, illetve a rögzített interferencia kép alapján létrehozzuk és tovább engedjük azt a hullámfrontot, amely a tárgyról kiindult. Ennek alapján a hologramkép sajátos és szokatlan tulajdonságai könnyen magyarázhatók.
Gábor Dénes 1979. február 9-én hunyt el Londonban.