После окончания местных школ и Хебронской Академии Гэмлин, сменив множество профессий, в 1833 г. приступил к юридической практике. В 1836 г. Гэмлин был избран в Палату представителей Мэна, где находился до 1841 г. В 1840 г. он неудачно пытался избраться в Палату представителей США, в которой находился в 1843—1847 гг. В 1848 г. он был избран по вакансии в Сенат, а в 1851 г. на полный срок. В тот период он был членом Демократической партии, и поддерживал кандидатуру Франклина Пирса на выборах в 1852 г. 12 июня 1856 г. Гэмлин вышел из Демократической партии и вступил в новосозданную Республиканскую партию. 8 января 1857 г. Гамлин стал губернатором Мэна, будучи избран со значительным большинством голосов, но уже 25 февраля оставил этот пост и вернулся в Сенат.
В 1860 г. Гэмлин был номинирован в вице-президенты в паре с Авраамом Линкольном на президентских выборах, и был избран, став первым вице-президентом от Республиканской партии, а также от штата Мэн. Гэмлин показал себя как сильный оратор и убеждённый противник рабства. Гэмлин способствовал назначению Джозефа Хукера на пост командующего Потомакской армией. Действия Хукера были неудачны, и это, а также излишне радикальные позиции и заявления Гэмлина, явились причиной того, что на президентских выборах в 1864 г. Линкольн, никак не мотивировав своего решения, предпочёл выбрать кандидатом в вице-президенты демократа-южанина Эндрю Джонсона в рамках политики будущего национального примирения. Гэмлин удалился в свой дом в Бэнгоре.
В 1869 г. он был вновь избран в Сенат, где находился до 1881 г. В том же году президент Джеймс Гарфилд назначил Гэмлина послом в Испании, каковою должность тот занимал в течение года. После этого Гэмлин ушёл из политики и жил в своём доме в Бангоре, впрочем, оказывая значительное влияние на общественную жизнь штата. Он умер в День независимости США во время игры в карты в Клубе Тарратайн в Бангоре.