Gilles Grangier se présente spontanément aux studios Paramount de Joinville et commence en faisant de la figuration. Il devient assistant régisseur, puis régisseur. Georges Lacombe le prend comme assistant sur le tournage de Le cœur dispose en 1936.
C'est grâce à son amitié avec l'acteur Noël-Noël que Gilles Grangier devient réalisateur.
L'acteur le recommande auprès de producteurs, et Grangier tourne Adémaï bandit d'honneur, son premier long métrage, en 1943. Le film remporte un vif succès. Le cinéaste devient rapidement un auteur à succès, dont la vocation est de plaire au plus large public. Il s'essaie à différents genres, de la comédie au drame, en passant par des histoires sur le quotidien.
Ses œuvres constituent de véritables documents sociologiques sur les années 1950, dressant un portrait réaliste des mœurs et des conditions de vie. Parmi les acteurs (qui sont ses amis fidèles dans la vie) avec lesquels il travaille régulièrement, il dirige douze fois Jean Gabin, de La Vierge du Rhin en 1953 à Sous le signe du taureau en 1969, en passant par Gas-oil en 1955, Le sang à la tête en 1956, Le cave se rebiffe en 1961 ou encore L'Âge ingrat en 1964. Travaillant beaucoup par intuition et aimant s'entourer et faire se rencontrer ceux qu'il aime, c'est d'ailleurs Gilles Grangier qui présentera Gabin et Audiard pour le tournage de Gas-oil.
Grangier a fait également tourner Fernandel, Bourvil, Luis Mariano, Arletty, Lino Ventura, Martine Carol, Jean Marais ou Claude Brasseur. Il est, avec Jean-Pierre Mocky, le seul réalisateur à avoir eu dans ses distributions Bourvil, et Fernandel (à quatre reprises).
