Окончил биологическое отделение физико-математического факультета Московского университета (1931). Работал там же до 1942 г. Доктор биологических наук (1935), профессор (1940). С 1942 г. заведующий лабораторией антибиотиков Института медицинской паразитологии и тропической медицины Наркомздрава, с 1948 г. заведующий лабораторией антибиотиков АМН СССР. С 1960 по 1986 г. — директор Института по изысканию новых антибиотиков АМН СССР.
Важнейшие научные работы посвящены экологии и протозоологии, а также поиску антибиотиков и установлению механизма их действия. Подтвердил экспериментально принцип конкурентного исключения (принцип Вольтерры — Гаузе; иногда закон Гаузе), согласно которому два вида не могут устойчиво существовать в ограниченном пространстве, если численность обоих лимитирована одним жизненно важным ресурсом. В 1934 г. опубликовал в США на английском языке книгу «Борьба за существование» (The Struggle for Existence), оказавшую большое влияние на развитие экологии. Выполнил исследования асимметрии протоплазмы, рассматривая её в аспекте биологической эволюции. В 1942 г. совместно с М. Г. Бражниковой получил первый советский антибиотик — грамицидин С. Получил, исследовал и внедрил в производство ещё несколько антибиотиков, в том числе полимицин (неомицин), мономицин, ристомицин, гелиомицин и линкомицин, протиоопухолевые антибиотики оливомицин и рубомицин. Разрабатывал классификацию актиномицетов — продуцентов антибиотиков.
Сталинская премия (1946, совместно с Марией Георгиевной Бражниковой, его женой) за открытие грамицидина С. Член Польской академии наук (1967), член президиума (с 1959) и вице-президент (с 1962) Международного общества химиотерапии.