Az olasz bevándorlók gyermekeként született Gallo 1963-ban szerezte meg orvosi diplomáját. Mivel egyik nővére leukémiában halt meg, úgy gondolta, hogy életét a rák kutatásának szenteli. Idővel áttért a retrovírusok tanulmányozására: ezek viszonylag összetett felépítésű vírusok, amelyek örökítő anyagukat nem DNS, hanem RNS formában tárolják, s ezt "írják át" DNS-re, amelyet aztán a megfertőzött sejt genomjába illesztenek. Az élővilágban példátlan módon tehát a DNS-RNS átírást visszafelé végzik, innen származik nevük is. Gallónak sikerült az emberi immunreakcióban részt vevő T-sejteket életben tartania, és az ezt fertőző leukémiavírust (HTLV) azonosítania. Csoportja ezzel két jelentős felfedezést is tett: bebizonyították, hogy az emberi szervezetben is lehet retrovírus, s hogy vírus okozhat rákot.

Gallo figyelme ezután fordult az AIDS felé. A New York Times című lap 1981-ben adott hírt a New York-i és kaliforniai homoszexuális férfiak között felbukkant titokzatos betegségről, amelynek áldozatai a tüdőgyulladás egy ritka fajtájával és a Kaposi-szarkómának nevezett daganattal jelentkeztek a kórházakban. A kór nem sokkal később a drogosok, a heteroszexuálisok és a vérátömlesztésen átesettek körében is megjelent, és 1983-ra a világ 33 országából jelentettek eseteket. (Ma úgy vélik, hogy a betegséget elterjesztő "nulladik beteg" egy kanadai férfi volt, aki légi kísérőként az 1982 tavaszáig diagnosztizált 248 beteg közül legalább 40-nel létesített szexuális kapcsolatot.)

A rejtélyes új betegség kórokozója után hajsza indult. Gallo és csoportja a Science című tudományos folyóiratban 1984. május 4-én publikált cikkében jelentette be, hogy a betegség kórokozója az AIDS-es betegekből elkülönített, általuk HTLV-IIIB névre keresztelt retrovírus. Ugyanakkor a lap egy évvel korábbi, 1983. május 20-i számában már megjelent a párizsi Pasteur Intézetben dolgozó, Luc Montagnier által vezetett csoport közleménye. Ők egy AIDS-ben szenvedő beteg szervezetéből elkülönített, általuk LAV-nek nevezett retrovírust írtak le, amely hatékonyan szaporodott T-sejtekben, de ezzel egy időben el is pusztította azokat. Az amerikai kutatók érdeme volt, hogy nekik sikerült a retrovírust szervezeten kívüli sejtkultúrában fenntartani és szaporítani, ami lehetővé tette a vírus kimutatását szolgáló tesztek kidolgozását. A betegséget magát 1982-ben nevezték el szerzett immunhiányos tünetegyüttesnek, ennek angol rövidítése az AIDS, a vírust pedig 1986-ban egy független bizottság emberi immunhiányt előidéző vírusnak (HIV).

A két csoport a kutatás időszakában együttműködött, rendszeres volt köztük a minták cseréje. A felfedezés után azonban összevesztek az elsőség kérdésén, késhegyig menő, olykor kifejezetten kicsinyes vitába bonyolódtak egymással. Az egyre terebélyesedő viszály csak a kormányok beavatkozása után rendeződött. Az 1987-ben született megállapodás az AIDS-tesztből származó bevételeket egyenlő arányban osztotta fel, Gallo és Montaignier pedig "társfelfedezőnek" minősült, ezzel az anyagi-jogi kérdések rendeződtek. A vizsgálatok során az is kiderült, hogy az amerikai laboratóriumba érkezett egyik párizsi minta tartalmazta a vírust, azaz Gallo ugyanazt a vírust találta meg, mint francia kollégái - a lopás gyanúját ugyanakkor teljesen ki lehetett zárni. Így tehát ma már bizonyos, hogy az elsőség Montaignier-t illeti, az ő munkája viszont sokban támaszkodott Gallo korábbi felfedezéseire és módszereire.

Gallo kétszer is megkapta az orvosi Nobel-díj előszobájának számító Lasker-díjat, de a legmagasabb tudományos elismerést nem vehette át. Az orvosi Nobel-díjat 2008-ban a francia Francoise Barré-Sinoussi és Luc Montagnier kapta a "humán immundeficiencia vírus felfedezésért", megosztva a méhnyakrákot okozó humán papillóma vírust felfedező német Harald zu Hausennel. A bizottság óriási vihart kavaró döntését indokolva kifejtette: nem Gallót mellőzték, csak az előírások szerint kellett eljárniuk: azok egyrészt az elsőséget díjazzák, másrészt pedig nem teszik lehetővé háromnál több tudós kitüntetését egy évben. Mások ezt másként látták: maga Montagnier is "meglepetését" fejezte ki, az amerikai Science pedig a díjazottakat bemutató cikkében legtöbbször Gallo nevét írta le.

Gallo még mindig aktívan dolgozik, célja az AIDS elleni védőoltás kifejlesztése.