Nasce da un'agiata famiglia milanese legata alla massoneria. Ottiene la laurea in Medicina presso l'Università di Pavia. Portato sia allo studio che all'azione, si dedica alle lotte sociali nelle file socialiste.
Dopo la laurea svolge il servizio militare a Milano nell'ospedale di Sant'Ambrogio con L. Necchi e con P. A. Mazzotti che ebbero un grande influsso nella sua conversione al cattolicesimo. Nel novembre 1903 entra nel convento francescano di Rezzato, presso Brescia, dove assume il nome di Agostino e viene ordinato sacerdote il 14 marzo 1908.
Nel 1909 fonda la "Rivista di Filosofia Neo-Scolastica" e nel 1914 la rivista "Vita e Pensiero".Durante la prima guerra mondiale è al fronte come medico e sacerdote.
Nel 1921 fonda l'Università Cattolica di Milano di cui è rettore fino alla morte.
I saggi di Gemelli abbracciano svariati campi come la teologia morale ed ascetica, la filosofia, oltre alla psicologia. Come ultima opera, Gemelli porta a compimento il suo progetto della Facoltà di Medicina a Roma.
Muore a Milano il 15 luglio 1959.
Dalla presentazione del card. G.B. Montini
Padre Gemelli era un convertito: un convertito, non negli anni stanchi della vita consumata e delusa, ma nel fiore rigoglioso d'una gioventù ardente e riboccante di energie e di promesse; un convertito, non su le vie dell'esperienza vissuta, che piega quasi a forza all'ossequio della norma religiosa, ma su quelle libere e perigliose della cultura e della scienza; e non a modesto livello di chi, preso dalle vertigini delle somme ascensioni del pensiero, si arrende ai sicuri sentieri d'un magistero buono e autorevole, ma a livello universitario, a livello celeste, quando ancora, nel 1903, l'astro del positivismo sembrava dominare vittorioso con luce meridiana l'orizzonte della scuola superiore. Cotesta conversione, cotesta ribellione, cotesta liberazione, che sa l'eroismo dello spirito, e che non è senza la misteriosa azione dello Spirito vivificante, anticipa, rappresenta, drammatizza, consuma il riscatto del pensiero, del pensiero veramente libero da ogni ceppo indebito e solo vincolato, con sua gioia e sua fierezza, dalla verità, la verità totale, la verità cristiana; quel riscatto, che tanta parte del mondo contemporaneo ancora ricerca ed attende, e che tanta parte invece ha trovato e proclama, rivendicando da un lato i valori e le realtà dello spirito, dall'altro la Verità vivente della sapienza cristiana.
L’edizione è stata riveduta e integrata dalla prof.ssa Maria Rosaria Del Genio