Gary Dourdan débute sa carrière d'acteur en 1991 dans la série comique Campus Show où il incarne le personnage récurrent de Shazza Zulu. Il tient ensuite des rôles de figuration au cinéma, puis apparaît dans les séries New York Undercover (1994), Loïs et Clark, les nouvelles aventures de Superman (1996) et Soul Food (2000) avant de devenir le spécialiste des analyses audiovisuelles de l'équipe des Experts (2001). La série de CBS avec William L. Petersen connaît un immense succès mondial.

Sur grand écran, Gary Dourdan apparaît au côté de David Duchovny dans Playing God (1997), puis affronte les monstrueuses créatures d'Alien, la résurrection (1998), quatrième volet de la saga Alien réalisé par le français Jean-Pierre Jeunet. Après le film d'action Scar City (1998), il croise Gary Sinise dans le thriller science-fiction Impostor en 2002.