Gesell recibió su doctorado en Filosofía por la Universidad de Clark en el año 1906.

Trabajó en varios centros educativos de las ciudades de Nueva York y Wisconsin hasta que Lewis Terman le ayudara a conseguir una cátedra en el centro educativo Los Ángeles Normal School.

Tras trabajar en escuelas para personas con discapacidades mentales, como la Escuela de Formación de Vineland para chicos y chicas débiles mentales (Vineland Training School for Feeble-Minded Girls and Boys) en Nueva Jersey (que había sido creada por Henry Herbert Goddard), desarrolló un interés en el estudio de niños con discapacidades.

Allí fundó una Clínica de Desarrollo Infantil y completó su doctorado en medicina en el año 1915, tras lo que consiguió una cátedra como profesor en esta misma Universidad.

Fue coautor, junto a Frances Ilg, de dos guías educativas: Infant and Child in the Culture of Today en 1943, y The Child from Five to Ten en 1946.

Opinaba que muchos aspectos de la conducta humana, como la lateralidad y el temperamento, eran heredables.