Gilles Grangier naît le 5 mai 1911 à Paris. Il débute modestement dans le cinéma comme figurant, puis devient assistant régisseur et régisseur, avant d'être engagé comme assistant par le réalisateur Georges Lacombe sur Le Cœur dispose en 1936. C'est grâce à son amitié avec l'acteur Noël-Noël, qui le recommande auprès de producteurs, qu'il obtient l'occasion de réaliser son premier long métrage, Adémaï bandit d'honneur, en 1943, dont le succès lance véritablement sa carrière. Il devient rapidement un cinéaste populaire, capable de s'illustrer dans des genres variés, de la comédie musicale au drame social en passant par le film policier, avec des œuvres comme Danger de mort en 1947. Il atteint le sommet de sa carrière dans les années 1950 en tournant douze films avec Jean Gabin, dont La Vierge du Rhin, Gas-oil, Le Sang à la tête et Le Désordre et la nuit, qui reste son film préféré. Il poursuit une abondante filmographie jusque dans les années 1970, avec Le Cave se rebiffe en 1961 ou L'Homme à la Buick en 1968, avant de terminer sa carrière de cinéaste avec Gross Paris en 1974, puis de mettre par écrit ses souvenirs. Il s'éteint le 27 avril 1996 à Suresnes.
Son ascension progressive dans les métiers techniques du cinéma, de la figuration à l'assistanat, façonne durablement son sens artisanal et populaire de la mise en scène. Sa profonde amitié avec l'acteur Jean Gabin, avec lequel il entretient des rapports qu'il compare lui-même à ceux d'un couple, constitue l'influence la plus déterminante de sa carrière de réalisateur. Le romancier Georges Simenon, dont il adapte plusieurs récits, nourrit également son goût pour les atmosphères portuaires et provinciales empreintes de réalisme social.
Gilles Grangier privilégie un cinéma populaire et artisanal, résolument tourné vers le plaisir du plus large public plutôt que vers une ambition d'auteur revendiquée. Ses films constituent de véritables documents sociologiques sur la France des années 1950 et 1960, dressant un portrait réaliste des mœurs et des conditions de vie, en particulier dans le milieu parisien et provincial de l'époque. Sa collaboration avec le dialoguiste Michel Audiard, qu'il présente lui-même à Jean Gabin, contribue à forger l'identité savoureuse et populaire de plusieurs de ses films les plus marquants.
Son film Archimède le clochard est sélectionné au Festival international du film de Berlin en 1959, où Jean Gabin remporte l'Ours d'argent du meilleur acteur pour son interprétation. Gilles Grangier détient également le record du plus grand nombre de films ayant dépassé 500 000 entrées au box-office français entre 1945 et 2001, avec quarante-deux films concernés.
Jean Gabin demeure son acteur le plus fidèle, les deux hommes ayant collaboré sur douze films entre 1953 et 1969, de La Vierge du Rhin à Sous le signe du taureau. Il travaille également à de multiples reprises avec Fernandel, Bourvil, Lino Ventura et Michel Audiard, ce dernier signant les dialogues de plusieurs de ses plus grands succès.
Le monde populaire et provincial français des années 1950 et 1960, dépeint avec un grand souci de réalisme social, structure l'essentiel de son œuvre. Le film policier et l'atmosphère à la Simenon, mêlant milieu portuaire, truands et figures masculines complexes, reviennent également de façon constante dans ses films les plus marquants aux côtés de Jean Gabin.