Платон Гамалея родился в 1766 году в селе Малютинцы Пирятинской первой сотни Лубненского полка (ныне — село Пирятинского района Полтавской области) в семье бунчукового товарища Якова Галии и его жены Екатерина (в девичестве — Мандрик). Он происходил из старинного казацко-старшинского рода Гамалеев.
Платон учился в Киевской академии и в Морском кадетском корпусе в Кронштадте, который закончил в 1784 году первым в выпуске мичманом.
П. Я. Гамалея служил на Балтийском флоте, принимал участие в Русско-шведской войне 1788—1790 годов, после чего был переведён в Морской кадетский корпус. Там с 1791 года Платон Яковлевич исполнял обязанности ротного командира и преподавателя, с 1795 года — инспектора классов. Автор пособий и исследований по математике, механике, физике, навигации и судовождения, теории кораблестроения, истории флота, и так далее. Среди его воспитанников был будущий адмирал Михаил Лазарев.
В 1805 году П. Я. Гамалея был назначен членом Адмиралтейства. В 1809 году ушёл в длительный отпуске по болезни. В 1811 году был освобождён от должности (с вознаграждением усиленным пенсионном).
П. Я. Гамалея умер 21(9) июля 1817 года в имении Лысогоры Борзненского уезда Черниговской губернии (ныне — село Ичнянского района Черниговской области).
В 1805 году именем Платона Гамалеи российский мореплаватель И. Ф. Крузенштерн назвал рог на острове Хонсю в Японском море, а в 1966 году в его честь были названы скалы в Антарктиде на Земле Королевы Мод.