Gill begann seine astronomische Laufbahn als Leiter der Privatsternwarte des Lord Lindsay in Dunecht (1872 bis 76). 1879 wurde er zum Direktor der Sternwarte am Kap der Guten Hoffnung ernannt, die unter seiner Leitung schrittweise neu ausgerüstet wurde. Er hat das Heliometer meisterhaft gehandhabt und zur Bestimmung der Parallaxe der Sonne (Venusdurchgang 1874, Marsopposition 1877, Oppositionen Kleiner Planeten) und von Fixsternen, sowie zur Beobachtung der Jupitermonde angewandt. Daneben hat er schon von 1882 an die Photographie in den Dienst der Ortsbestimmung der Sterne gestellt.