A Színház- és Filmművészeti Főiskola rendezői szakán 1958-ban végzett, osztályfőnöke Keleti Márton volt. Dokumentaristaként indult, főiskolai vizsgadarabja, a Pályamunkások a bécsi Világifjúsági Találkozón díjat nyert. Rövid ideig a Hunnia Filmgyárban ügyelőként dolgozott, majd egyik alapító tagja volt a Balázs Béla Stúdiónak.

1959-ben Rómában folytatott filmelméleti és -történeti tanulmányokat és vágási ismereteit is elmélyítette. Hazatérve a Budapest Filmstúdióban asszisztensként híradókat készített, Sára Sándor 1962-ben készült Cigányok című dokumentumfilmjében operatőrként működött közre.

1963-ban forgatta első nagyjátékfilmjét Sodrásban címmel. A tiszai filmtanulmányain alapuló dráma - amelyet forgatókönyvíróként és vágóként is jegyzett - a felnőtté válás és a felelősségvállalás kérdéseit boncolgatta. Filmje 1965-ben megkapta a Magyar Filmkritikusok Díját és pozitív visszhangja volt külföldön is. A Sodrásban a rendező következő két játékfilmjével - Zöldár (1965), Keresztelő (1967) - olyan trilógiát alkot, amely a vidéki származású fiatalok öntudatra ébredését, majd életük széthullását ábrázolja.

Gaál István zsűritag volt egyebek között a cannes-i filmfesztiválon, a nyolcvanas években Indiában is tartott rendezői kurzust tartott. A nyolcvanas évek végén a televíziónak készített játékfilmeket (Isten teremtményei, Peer Gynt, Éjszaka), utolsó mozifilmje 1985-ben az Orpheusz és Eurüdiké volt. 1996-ban kezdte el a forgatni a Bartók-életművet feldolgozó filmjét, amelyet végül háromszor hatvan perc terjedelemben, Gyökerek címmel 2000-ben mutattak be.

A Rendhagyó párizsi leltár (2004) után készült el utolsó dokumentumfilmje, a Keralai mozaikok (2005). Teljes fotós életművéből a Magyar Fotográfiai Múzeum rendezett kiállítást 2007-ben, költői tehetségét Portugál gálya (Physalia) című írása bizonyítja.

Munkásságát több díjjal is elismerték: 1963-ban megkapta a Karlovy Vary-i filmfesztivál fődíját; Magasiskola című filmjéért 1970-ben a cannes-i filmfesztivál különdíját. 1969-ben Balázs Béla-díjjal tüntették ki, 1981 óta Érdemes Művész, 1991-ben Kossuth-díjjal, 1999-ben a 30. Filmszemle életműdíjával jutalmazták. A magát egyszerűen csak képírónak vagy képírástudónak valló művész 2005-ben elnyerte a Magyar Mozgókép Mestere címet is.

Súlyos betegség után, 2007. szeptember 25-én hunyt el Budapesten.