Gonzaguinha era filho do também cantor e compositor Luiz Gonzaga e de Odaléia Guedes dos Santos, cantora do Dancing Brasil, que morreu de tuberculose aos 46 anos. Acabou sendo criado pelos padrinhos Dina e Xavier.
Compôs a primeira canção Lembranças da Primavera aos catorze anos, e em 1961, com 16 anos foi morar em Cocotá com o pai para estudar. Voltou para o Rio de Janeiro para estudar Economia, pela Universidade Cândido Mendes. Na casa do psiquiatra Aluízio Porto Carrero, conheceu e se tornou amigo de Ivan Lins. Conheceu também a primeira mulher, Ângela, com quem teve dois filhos: Daniel e Fernanda. Teve depois uma filha com a atriz Sandra Pêra: Amora Pêra.
Foi nessa convivência na casa do psiquiatra, que fundou o Movimento Artístico Universitário (MAU), com Aldir Blanc, Ivan Lins, Márcio Proença, Paulo Emílio e César Costa Filho. Tal movimento teve importante papel na música popular do Brasil nos anos 70 e em 1971 resultou no programa na TV Globo Som livre exportação.
Característico pela postura de crítica à ditadura, submeteu-se ao DOPS, assim, das 72 canções mostradas, 54 foram censuradas, entre as quais o primeiro sucesso, "Comportamento Geral". Neste início de carreira, a apresentação agressiva e pouco agradável aos olhos da mídia lhe valeram o apelido de "cantor rancor", com canções ásperas, como "Piada infeliz" e "Erva rasteira". Com o começo da abertura política, na segunda metade da década de 1970, começou a modificar o discurso e a compor músicas de tom mais lírico, como "Começaria tudo outra vez", "Explode coração" e "Grito de alerta", e também temas de samba-enredo, como "O que é o que é" e "Nem o pobre nem o rei".
Teve músicas gravadas por muitos dos grandes intérpretes da MPB, como Maria Bethânia, Simone, Elis Regina, Fagner, e Joanna. Dentre estas, destaca-se Simone com os grandes sucessos de Sangrando, Mulher, e daí e Começaria tudo outra vez, Da maior liberdade, É, Petúnia Resedá.
Em 1975 dispensou os empresários e se tornou um artista independente, o que fez em 1986, fundar o selo Moleque, pelo qual chegou a gravar dois trabalhos.
Nos últimos doze anos de vida, Gonzaguinha viveu em Belo Horizonte com a segunda mulher Louise Margarete Martins -- Lelete e a filha deles, a caçula Mariana.
Após uma apresentação em Pato Branco, no Paraná, Gonzaguinha morreu aos 45 anos vítima de um acidente automobilístico às 07:30 horas do dia 29 de abril de 1991, entre as cidades de Renascença e Marmeleiro, enquanto dirigia o automóvel rumo à Foz do Iguaçu, encerrando tragicamente a brilhante carreira.