La prima notizia certa sull'attività di questo pittore si riferisce ad un pagamento per un pannello perduto, registrato a Venezia nel 1408. Dell'anno successivo è l'incarico di affrescare la Sala del Maggior Consiglio in Palazzo Ducale. Ancora avvolta dal mistero è invece la sua formazione, precocemente segnata da influenze riminesi e lombarde, ma legata comunque all'ambiente d'origine, almeno a giudicare dalla provenienza delle prime opere.

In seguito Gentile si allontana da Fabriano verso i centri culturalmente più vivi dell'Italia centrosettentrionale, chiamato da committenti di grande prestigio per i quali dipinge tavole ed affreschi.

Tra le opere più antiche si segnalano Madonna e santi al Staatliche Museen di Berlino, Madonna col Bambino al Metropolitan Museum di New York, Madonna col Bambino alla Galleria Nazionale di Perugia e il raffinatissimo Polittico di Valle Romita alla Pinacoteca di Brera (Milano). E' invece andato perduto nel corso di un incendio l'affresco del Palazzo Ducale di Venezia, così come le altre opere realizzate durante quel soggiorno, testi fondamentali per la formazione di pittori veneti e lombardi.

In un periodo imprecisato si collocano la Madonna del Museo Nazionale di Pisa e quella della National Gallery di Washington, mentre i suoi due capolavori fiorentini, l'Adorazione dei Magi e il Polittico Quaratesi (di cui agli Uffizi si consevano i Quattro santi), risalgono al 1423 e al 1425. Muore a Roma, mentre è impegnato a dipingere nella chiesa di San Giovanni in Laterano.