После окончания Казанского университета (1847) был консерватором университетских музеев, читал лекции по физике и физической географии. В 1851 году участвовал в экспедиции для наблюдения в Бердянске полного солнечного затмения. В 1850—1852 годах работал в Пулковской обсерватории, с 1852 года — в Виленской обсерватории (основанной при университете Вильны, в 1832 году упразднённом), сначала в качестве помощника директора, а с 1865 — директором.
В 1866 году умер в Берлине, где был проездом, следуя на лечение.
В честь М. М. Гусева назван кратер Гусева на Марсе.