Im großbürgerlichen und kulturoffenen Milieu Berlins aufgewachsen - seine Mutter kam aus der Bankiersfamilie Oppenheim und war eine Enkelin Felix Mendelssohn-Bartholdys, dessen Vornamen unser Gilbert erhielt -, wurde er nach ausgedehnten Studienreisen hauptsächlich durch Italien in Berlin 1931 von Friedrich Meinecke mit einem Thema über Johann Gustav Droysen promoviert. 

Sein weiterer Werdegang wurde durch die Emigration, die ihn über England in die Vereinigten Staaten führte, und den Dienst in der amerikanischen Armee unterbrochen. Nach dem Krieg war er zunächst Professor am Bryn Mawr College (PA), von 1962 an am Institute for Advanced Study in Princeton. Innerhalb der Vielfalt der von Gilbert behandelten Themen (von der "Farewell Address" Washingtons bis zum amerikanischen Erziehungssystem und Hitlers Lagebesprechungen) hatte Gilbert einen Forschungsschwerpunkt in der Geschichte und Geschichtsschreibung der italienischen Renaissance ("Niccolò Machiavelli e la vita culturale del suo tempo", 1964, 2. Aufl. 1969: "The Pope, his Banker and Venice", 1980, "Machiavelli and Guicciardini: Politics and History in 16th Century Florence", 1984), einen weiteren in der modernen Historiographie (u.a. Beiträge zu Lorenz von Stein, Leopold von Ranke, Jacob Burckhardt, Otto Hintze). 

Aus eigener Familientradition gespeist: "Bankiers, Künstler und Gelehrte: Unveröffentlichte Briefe der Familie Mendelssohn aus dem 19. Jahrhundert" (1975). Den Wandel der europäischen Geistigkeit beschreiben die Memoiren: "A European Past. 1905-1945" (1988, deutsch 1989).