Густав был сыном короля Эрика XIV, впоследствии душевнобольного и умершего в заключении, и Карин Монсдоттер, бывшей трактирной служанки, которая стала любовницей монарха в 1565 году, сочеталась с ним морганатическим браком в 1567 году, а официальным — 4 июля 1568 года, спустя полгода после рождения Густава, своего второго ребенка. Права «привенчанного» Густава на престол и вообще законность его рождения благодаря этому являются достаточно сомнительными.
29 сентября 1568 года, когда маленькому Густаву не исполнилось и 8 месяцев, неуравновешенный Эрик был свергнут своим братом Юханом. В 1573 году по приказу нового короля Карин и её дети были разлучены с Эриком, жившим с ними в заключении, и отправлены под домашний арест в Абоский замок в Финляндии. Густав оставался в Або до 1575 года, когда по приказу Юхана, видевшего в нём возможного претендента на престол, был разлучен с родными и отослан в Польшу (королевой которой была сестра жены Юхана — Анна Ягеллонка) к иезуитам. Согласно легенде, упоминаемой Вернадским, перед этим Юхан дал одному царедворцу приказание утопить ребенка, но неудачно. Встреча матери с сыном после этого, первая и последняя, произошла только через 21 год. Воспитание получил у иезуитов в Браунсберге, в Торне и в Вильно, где он, добывая средства к существованию, порой служил конюхом. Принял католицизм.
Принцу было запрещено появляться в Швеции и Финляндии. Он был вынужден скитаться по Европе, часто испытывая нужду. Согласно легенде, когда Сигизмунд III (сын его дяди Юхана III), короновался в 1587 г. в Кракове, Густав в одежде нищего присутствовал на торжестве. Здесь он открылся своей сестре Сигрид, бывшей в свите Сигизмунда, получил от неё помощь деньгами и уехал в Германию. В 1586 году Густав жил в Риме, затем в Моравии, в Силезии (под покровительством императора Рудольфа II), а затем в Польше, где ему было удобно благодаря пока ещё хорошим отношениям со своим кузеном королем Польши Сигизмундом III.
Чтобы добыть средства к существованию, был вынужден заниматься торговлей. В 1596 г. королева Карин приехала в Ревель, чтобы увидеть сына после долгой разлуки, и обнаружила, что он забыл шведский язык. В период его изгнания она порой помогала ему деньгами.
Густав получил отличное иезуитское образование. Во многом принц унаследовал и таланты, и недостатки отца, знал большое количество языков и был весьма сведущ в алхимии, гордясь тем, что его называли «новым Парацельсом» (этим прозвищем он гордился больше чем титулом принца). Карамзин пишет о нем:
Еще Иван Грозный, сначала пытаясь освободить свергнутого Эрика XIV из заключения (благодаря чему к королю был применен более жёсткий режим), имел также в виду права Густава на престол Швеции и намеревался использовать его для изменения политической ситуации на Балтике, но его планы не были осуществлены. И в 1585 году, по сообщению Николая Варкоча, Борис Годунов и царь Фёдор Иоаннович безуспешно сманивали Густава в Москву.
Затем Густав занял видное место в политических построениях уже царя Бориса Годунова, начавшего с ним переговоры о руке дочери почти сразу после восцарения. Борис хотел сделать Ливонию вассальным королевством и поставить Густава в его главе. (Десятью годами раньше, в 1573 г. Иван Грозный так же пытался посадить в Ливонии марионеточного короля Магнуса, обвенчав его с дочерью своего двоюродного брата Марией Старицкой).
В августе 1599 года Густав отправился в Москву, где ему в удел была обещана Калуга и ещё три других города. Навстречу Густаву в назначенное время и место на границе с Польшей было послано несколько придворных с немецкими переводчиками, а также повозки, лошади и всё необходимое для дороги. 19 августа Густав торжественно въехал в Москву. Борис обещал ему покровительство России и руку дочери.
Густав стал знаковой фигурой политики. «Царь начал стращать им двоюродного брата его, Сигизмунда польского; Льва Сапегу во время торжественного въезда посольского нарочно провезли мимо дома, занимаемого Густавом, чтоб послы могли видеть этого соперника Сигизмундова».
Действующий глава шведского государства герцог Карл (будущий король Карл IX, еще один брат Эрика XIV) был Густаву дядей, а Швеция и Польша в тот момент находились в состоянии войны из-за притязаний племянника Карла польского короля Сигизмунда III (сына Юхана III) на шведскую корону. (Причём Сигизмунд номинально действительно считался королём Швеции). Предлог для отвоевания прибалтийских земель и образования Ливонского королевства звучал убедительно: восстановить справедливость по отношению к несчастному отпрыску шведского монарха. По замыслу Годунова, герцогу Карлу следовало бы отказаться от захваченной Швецией Эстонии в ответ на обещания Густава не претендовать на шведский престол. К тому же Карл получал бы двух союзников против Польши.
Однако проживая в столице в ожидании свадьбы принц Густав повёл себя крайне скандально, выписал свою любовницу, в русских источниках называемую Екатериной, а также их детей, открыто катал их в карете:
Борис пытался прекратить этот скандал, но принц умножал свои сумасбродства и более дурные выходки, «но креститься [в православие], как было обещано, не захотел». Многие дворяне из его свиты предпочли уволиться и поступить к московскому государю.
Царь Борис повелел объявить принцу, что его поведение не достойно звания королевского сына и отказался отдать за него любимую дочь. Но его не стали выгонять за это обратно — скитаться по Польше, хотя и отняли уже пожалованные Калугу с тремя городами. В 1601 году он был разлучён с сожительницей и отправлен в Углич, где ему было пожаловано номинальное удельное княжество, «спокойно занимался там химиею». Уделом управлял назначенный царём дворянин, а Густаву лишь доставался доход.
После смерти Годунова московский правитель Лжедмитрий I под давлением своего союзника Сигизмунда III, помнившего о притязаниях кузена, приказывает перевезти Густава в Ярославль и содержать как пленника. Указывают также, что польский король просил Густава убить, но Лжедмитрий предпочел оставить его в живых в качестве рычага. Когда на трон взошёл Василий Шуйский, Густава переводят в Кашин, где с ним снова обращаются как с королевичем. Умер в возрасте 38 лет в 1607 году в Кашине. Был погребён в монастыре Димитрия Солунского 22 февраля 1607 года, согласно хронике Буссова, пастором Мартином Бером из Нейштадта который пишет, что сам погребал Густава в монастыре Димитрия Солунского и получил за сие 20 рублей в награду.
Как считается, в Силезии вступил в длительную связь с Бритой Перссон Карт (Brita Persson Karth), родившейся в Силезии около 1568 года (умерла после 1592 года). У них было четверо детей:
Русские источники, а также Конрад Буссов, называют любовницу Густава Екатериной, женой хозяина немецкой гостиницы Христофора Катера, родом из Данцинга.
Если бы Густав вырос при королевском дворе, разбирался в хитросплетениях политики и активно стремился к власти, «то он принял бы условия предложенной царём игры. Тогда, после смерти Бориса Годунова, даже не будучи ливонским королём, он имел все шансы править Московией от лица шестнадцатилетнего наследника престола Фёдора Борисовича (тогда бы своего шурина) до достижения им зрелости. А так неопытный Фёдор царствовал всего два месяца и был умерщвлён боярами. Вряд ли такое могло произойти при опекуне, опирающимся на союз с сильной Швецией, да и весьма проблематичным был бы в последующем приход на московский трон лжедмитриев».
Некоторые историки оспаривают, был ли приглашён Густав именно для свадьбы с Ксенией, и считают это поздними домыслами:
В.Богуславский, впрочем, также пишет, что Лжедмитрий, «чтобы придать больше пышности своему двору, вызвал Густава в Москву», а когда тот отказался, заточил его в Ярославле. Тогда как по мнению других историков, меры к Густаву все же были ужесточены по более веской политической причине — по просьбе союзника Самозванца, польского короля Сигизмунда, поскольку Густав оставался ненужным соперником своему кузену.
Кроме того, в желании Бориса Годунова создать в Ливонии зависимое государство со своим ставленником во главе из скандинавских принцев, обручив его с царской родственницей, читается очевидное стремление брать пример с политики Ивана Грозного, который практически смог сделать то же самое, поставив во главе Ливонии Магнуса, датского принца, и отдав ему в жёны свою ближайшую кровную родственницу женского пола Марию Старицкую.