Né à Rome en 1938, Giuliano Gemma se passionne dès son plus jeune âge pour le sport et pratique, dans un premier temps, beaucoup de gymnastique. Par la suite, il s'adonnera à la boxe.
Après avoir passé son service militaire au sein des pompiers, il décide de se consacrer à sa deuxième passion, le cinéma, notamment influencé par son idole Burt Lancaster, qui avait comme lui pratiqué beaucoup de gymnastique. Il fait alors de la figuration, tourne dans des publicités et est même engagé en tant que cascadeur. Son physique athlétique lui permet d'obtenir des rôles, principalement pour des péplums.
En 1960 alors qu'il tourne dans "Messaline", le scénariste et réalisateur de seconde équipe du film, Duccio Tessari, le remarque. C'est un tournant dans sa carrière puisque ce dernier fait appel à lui pour son premier film en tant que réalisateur et lui offre l'un des rôles principaux. Très vite Gemma devient l'une des figures incontournable du péplum et joue même sous la direction dans Visconti dans son célèbre film "Le guépard". Après un passage dans les deux premiers films de la série à succès de Bernard Borederie "Angélique", il passe sans souci le cap du péplum au western puisque, toujours sous la direction de Tessari, il atteint le rang de star dès son premier rôle de pistolero. Il s'agit de Ringo, dans "un pistolet pour Ringo" et "Le retour de Ringo". Bien qu'interprétant le même personnage les films sont différents et permettent à Gemma de démontrer qu'il est à l'aise dans tous les registres.
Il joue alors dans un bon nombre de westerns mais aussi dans des films d'aventures et au début des années 70 passe facilement le cap du polar.
Il n'oubliera jamais le genre qui lui a apporté le succès puisqu'en 1985, alors que le western est bel est bien mort, il joue dans "Tex et le seigneur des abysses", toujours réalisé par son réalisateur fétiche, Tessari.
Par la suite, il tourne sans fléchir, pour la télévision principalement, et s'adonne parallèlement à une nouvelle passion, la sculpture.