Né à Avenay (Champagne), le 9 août 1839.
Élève de l’École des Chartes, professeur de langue romane au Collège de France, il a été nommé à l'Académie des Inscriptions en 1876 ; il fonda la Revue critique en 1865 et la Revue historique. Gaston Paris s'est spécialisé dans l'étude et l'enseignement des langues romanes ; il obtint deux fois le grand prix Gobert à l'Académie des Inscriptions : en 1866 avec l'Histoire poétique de Charlemagne et en 1872 avec la Vie de saint Alexis ; il a traduit en collaboration la Grammaire des langues romanes de l'allemand Frédéric Diez. Il a été nommé administrateur du Collège de France.
Élu à l'Académie française le 28 mai 1896 sans concurrent en remplacement de Louis Pasteur, il a été reçu par Joseph Bertrand le 28 janvier 1897 et a fait partie de la Commission du Dictionnaire.
Mort le 5 mars 1903.