Nato a Las Vegas, Matthew Gray Gubler pur appassionato per la regia cinematografica studia recitazione alla Las Vegas Academy of International Studies. Si laurea successivamente in regia alla New York University.
Cresciuto in una famiglia benestante, Matthew é figlio di Maxwell Kench, il primo presidente della camera di commercio di Las Vegas nonché fondatore di una radio locale. La passione per la regia del giovane studente sarà in parte messa da parte nei suoi primi anni di carriera. Inizia come modello per Tommy Hilfiger e Sisley.
Contemporaneamente stava facendo uno stage per la casa di produzione di Wes Anderson. Il regista gli proporrà un provino per un ruolo in Le avventure acquatiche di Steve Zissou (2004), che otterrà, facendolo entrare nel cast nello strampalato e immaginifico film con Bill Murray.

Attore o regista?
La parte nel film di Anderson gli permette un florido avvenire come attore. Matthew ottiene il ruolo di Joe Joe in Vita da camper (2006) ma soprattutto é il dottor Spencer Raid nel serial Criminal Minds (2005-2009).
Darà poi la voce a Simon in Alvin & The Chupminks (2009) e interpreterà Paul nella riuscita commedia 500 giorni insieme (2009).
Ma non dimentichiamolo, la passione di Matthew era per la regia e il giovane attore farà di tutto per scollarsi di dosso l'etichetta di interprete. Durante le riprese de Le avventure acquatiche di Steve Zissou gira Matthew Gray Gubler's Life Aquatic Intern Journal, sorta di documentario comico sul set. Dopo alcuni cortometraggi, gira alcuni videoclip musicali tra cui quello di "Don't Shoot Me Santa" dei The Killers. Un futuro da regista o da attore?