Gray Gubler wurde 1980 in der Glücksspielmetropole Las Vegas geboren. Bevor er zum Schauspielfach fand, arbeitete er gelegentlich als Model für bekannte Labels wie "Marc Jacobs" und "Tommy Hilfiger". Das Modelverzeichnis "model.com" führte Matthew Gray Gubler zeitweise als Nr. 46 in der Top-50 der besten männlichen Models der Vereinigten Staaten.
Der Schauspieler schloss die "Las Vegas Academy of International Studies" im Fach Schauspiel ab. Ursprünglich wollte er Regie studieren, doch wurde dieses Fach an der genannten Hochschule nicht angeboten. Später holte er diesen Teil an der "Tisch School of the Arts" – einem Teil der New York University – nach. Der Sohn eines Rechtsanwalts und einer Lokalpolitikerin hat eine Schwester, die heute als Modedesignerin in New York arbeitet. Gray Gublers Großvater Maxwell Kelch war der Präsident der mächtigen Industrie- und Handelskammer von Las Vegas sowie der Gründer der ersten Radiostation der Glitzerstadt im US-Bundesstaat Nevada. Die erste kleine Kinorolle in seinem Steckbrief verzeichnete Matthew Gray Gubler mit "Die Tiefseetaucher". Es folgten Auftritte in der Erfolgsserie "Arrested Development" sowie den Filmen "Die Chaoscamper" und "(500) Days of Summer". Später war der US-Amerikaner in "Excision" und "Magic Valley" zu sehen.
Jahre vor dem ersten Kinoengagement hatte sich Matthew Gray Gubler bereits als Regisseur versucht: 2001 verantwortete er die kleinen Produktionen "Claude" und "Dead or Retarted". Neun Jahre später hatte der Schauspieler die Ehre, zwei Folgen von "Criminal Minds" ("Hoffen und Bangen" und "Lauren Reynolds ist tot") als Regisseur zu begleiten. Schließlich ist Matthew Gray Gubler in seiner Heimat auch als Synchronsprecher tätig gewesen: Unter anderem lieh er dem Eichhörnchen Simon in diversen "Alvin und die Chipmunks"-Filmen seine Stimme. Auch in "Scooby-Doo" war der Schauspieler zu hören.