Budapesten született 1944-ben, polgári, értelmiségi családba. Középiskolai tanulmányait a Kölcsey Ferenc Gimnáziumban végezte, majd az érettségit követően egy évig segédmunkásként dolgozott. 1963 és 1968 között az Eötvös Loránd Tudományegyetem Bölcsészettudományi Karának művészettörténet–magyar szakán tanult tovább, majd 1972 és 1978 között elvégezte a Marxizmus–Leninizmus Esti Egyetem filozófia–esztétika szakát, és közben a Budapesti Műszaki Egyetemen műemlékes szakmérnöki tanulmányokat is folytatott. 1968-tól 1971-ig a Magyar Nemzeti Galéria, majd 1979-ig az Országos Műemléki Felügyelőség munkatársa volt. Ezt követően 1981-ig a Mafilm Népszerű Tudományos Stúdiójának rendezőasszisztens-gyakornoka, 1981-től 1991-ig a Mafilm rendezője volt. 1993 és 2007 között a Miskolci Egyetem Bölcsészettudományi Karának kulturális és vizuális antropológia tanszékén docensként oktatott.
Öccsével, Jánossal már kamaszként bekapcsolódtak az akkoriban nagyon élénk amatőrfilm-mozgalomba, 1959 óta készítettek együtt filmeket. Még gyerekként egy rokonuknál látott Chaplin-film és néhány sportfelvétel inspirálta őket arra, hogy közös megtakarított pénzükön egy Admira típusú amatőr kamerát vásároljanak. 1964-ben hat pályatársukkal létrehozták a Cinema '64 Amatőrfilm Stúdiót, ahol hét éven keresztül szociografikus dokumentumfilmeket készítettek 8 mm-es filmszalagra.
Ennek az időszaknak az egyik legfontosabb alkotása a Valóság – síppal, dobbal avagy tűzön, vízen át című munka volt, amely Végh Antal Állóvíz című szociográfiája nyomán a mély nyomorba taszított nyírségi Penészleket mutatta be. Tíz évvel később visszatértek a településre, hogy megszólaltassák korábbi filmjük szereplőit, és hogy felmérjék, történtek-e változások a településen. Tapasztalataikból készült el 1978-ban a Vannak változások című alkotásuk. 1980-ban a Filmvilág című folyóiratban Spiró György így írt róluk:
„Ha a forgatás közben történik valami, ami nem illik bele a már felvett anyagok értékeléséből adódó koncepcióba, a koncepciót hajítják el és nem az igazságot. (...) Őket nem a saját okosságuk bűvöli el, hanem mindaz, amit – számukra is váratlanul – a sorsukul jutott magyar történelem produkál.”
Portréfilmjeiben Gulyás Gyula neves személyiségek kihívásait örökítette meg, ezek közül a leghíresebb a Mészöly Miklósról készült dokumentumportré 1972-ből, és a Pofonok völgye, avagy Papp Lacit nem lehet legyőzni című 1980-ból. Testvérével készített játékfilmjeik is gyakran tabunak számító témákat dolgoztak fel, mint az 1966–67-ben forgatott Tanítványok című alkotás, amely egy kisvárosi diáklázadás okait, szövevényes struktúráját kutatta. Ezt később már önálló rendezőként Gulyás Gyula felújította, és 2001-ben legjobb kisfilmként elnyerte a Filmkritikusok Díját is.
Törvénysértés nélkül című 1988-as filmszociográfiájukban a Gulyás testvérek elsőként dolgozták fel az 1950 és 1953 között ítélet nélkül hortobágyi kényszermunkatáborokba elhurcolt családok történetét. A drámai visszaemlékezések arról tanúskodtak, hogy a második világháború után hogyan fosztottak meg jogaiktól és tulajdonuktól egész családokat az osztályideológia jegyében. A film először adott nyilvánosságot az egykori deportáltaknak.
Ezzel szinte egyidejűleg, 1987-től 1989-ig vették filmre Málenkij robot című alkotásuk anyagát, amely a szovjet kényszermunkatáborokba elhurcolt magyarok visszaemlékezéseiből áll. Az 1989-es több részből álló Balladák filmje című alkotásuk az erdélyi magyarság sorsába nyújt bepillantást Kallós Zoltán erdélyi folklorista portréján keresztül.
A testvérek ezt követően is készítettek közös filmeket (Túlvilági beszélő, Kicsi, mérges öregúr, Mint miközülünk egy), ám művészi útjaik 1997-ben végleg elváltak. Gulyás Gyula első önálló rendezése a Mámo című film volt, amelyben egy parajdi özvegyasszony portréját rajzolta meg. 2001-ben Fény hull arcodra címmel rendezett játékfilmet Király László erdélyi költő, novellista írásából. 2000 és 2014 között készült el az 1990-es marosvásárhelyi eseményeket (a magyar iskoláért való békés tüntetést, az erre való brutális válaszreakciót), továbbá annak következményeit feldolgozó Szembesítés című filmje, majd 2018-ban az MMA-portrék sorozatában készítette el Király Lászlóról szóló kisfilmjét Imádom ezt a kicsi lyukat címmel.
Gulyás Gyula több művészeti szervezet munkájában is részt vesz, 1965-től a Magyar Amatőrfilm Szövetség, 1980-tól a Magyar Filmművészek Szövetségének tagja. 1976-tól 1984-ig volt a Balázs Béla Stúdió (BBS) vezetőségének tagja, 1992 és 1995 között a Magyar Dokumentumfilm-műhely elnöke, 1998 és 2009 között a MADE (Magyar Dokumentumfilm Rendezők Egyesülete) alapító tagja. 2011 óta a Magyar Művészeti Akadémia (MMA) rendes tagja.
Munkásságáért 1988-ban Balázs Béla-díjat és Magyar Művészetért Díjat is kapott, és elnyerte a Filmszemle fődíját. 1991-ben megkapta a filmkritikusok díját, 2010-ben Schiffer Pál-díjat adományoztak neki, 2013-ban érdemes művész lett. 2021-ben Kossuth-díjat kapott „társadalmi kérdéseket feszegető, a nézőket önismeretre, bátor szembenézésre és megalkuvás nélküli számvetésre tanító, új vizuális megoldásokat alkalmazó, egyéni hangvételű dokumentum- és játékfilmjei elismeréseként”, és ugyanebben az évben a szombathelyi Savaria Filmszemlén irodalom kategóriában különdíjjal jutalmazták Kifutás című dokumentumfilmjét, amely a Gulag-túlélő Galgóczy Árpád költő, műfordítóról szól.
