Gustavo Dudamel wurde am 26. Januar 1981 in Barquisimeto, einer Stadt rund 350 Kilometer westlich von Caracas, geboren. Er erhielt bereits in sehr frühem Alter Unterricht in Harmonielehre, allgemeiner Musiklehre und Kontrapunkt. Im Alter von 10 Jahren studierte er Violine bei José Luis Jiménez, Francisco Díaz und Rubén Cova am Jacinto-Lara-Konservatorium und bei José Francisco del Castillo an der Lateinamerikanischen Violin-Akademie.

Mit zwölf Jahren sprang er im Jugendorchester von Barquisimeto bei einer Probe für einen abwesenden Dirigenten ein, und erkannte dabei seine Neigung für das Dirigieren. Seine Dirigierstudien begann er 1995 bei Rodolfo Saglimbeni; bald darauf hatte Gustavo Dudamel die Position als Associate Conductor des Amadeus Chamber Orchestra inne, ein Jahr später die des Assistant Conductors. Ab 1999 wurde er von José Antonio Abreu selbst unterrichtet. Im selben Jahr noch wurde er musikalischer Leiter des Simón Bolivar National Youth Orchestra of Venezuela. In den darauf folgenden Jahren unternahm Dudamel mit dem Orchester Tourneen nach Chile, Mexiko, in die USA, nach Frankreich, Italien und Deutschland, wo er mit dem Orchester u.a. bei einem Konzert an der Berliner Philharmonie aufgetreten ist. Zurück in Venezuela, wurde er zum Musikdirektor des Jugendorchesters der Andenstaaten (La Orquesta Sinfónica de Juventudes de los Países Andinos - C.A.F.) und zum Chefdirigenten des Youth Orchestra of the Americas ernannt.

2004 gewann Dudamel den 1. Gustav-Mahler-Dirigentenwettbewerb der Bamberger Symphoniker. Seither arbeitet er regelmäßig mit Sir Simon Rattle, Claudio Abbado und Daniel Barenboim zusammen, und ist darüber hinaus an allen großen Konzerthäusern international gefragt:

so debütiert er 2005 mit dem Philharmonia Orchestra in der Royal Festival Hall in London im Rahmen der International Conductors' Academy; gibt stürmisch gefeierte Konzerte mit dem Israel Philharmonic Orchestra im Mann Auditorium in Tel Aviv; springt bei den BBC Proms kurzfristig für Neeme Järvi am Pult des Gothenburg Symphony Orchestra ein; und schließlich findet sein erstes Konzert beim Beethovenfest in der Bonner Beethovenhalle statt. Weiters debütiert er u.a. beim Verbier Festival, mit der Camerata Salzburg, dem Stockholm Philharmonic Orchestra und dirigiert das Los Angeles Philharmonic Orchestra in der Hollywood Bowl.

Dudamel unterzeichnet einen Exklusivvertrag mit der Deutschen Grammophon und nimmt 2006 seine erste CD für das Label auf: Beethovens 5. und 7. Symphonie. Sein zweites Album ist eine Aufnahme von Gustav Mahlers 5. Symphonie – beides Einspielungen mit dem Simón Bolívar Youth Orchestra of Venezuela.

Es folgen Auftritte mit dem City of Birmingham Symphony Orchestra, der Staatskapelle Dresden, dem Chicago Symphony Orchestra, den Wiener Philharmonikern und Opernengagements mit Donizettis L'elisir d'amore an der Berliner Staatsoper Unter den Linden und Mozarts Don Giovanni an der Mailänder Scala.

Ab der Saison 2007/08 ist Gustavo Dudamel Chefdirigent der Göteborger Symphoniker, und ab 2009/10 wird er den Posten als Musikdirektor der Los Angeles Philharmonic übernehmen.