S’inicià en orquestres de Filadèlfia, i el 1937 es traslladà a Nova York, on ingressà a la formació de Teddy Hill en substitució de Roy Eldridge, trompetista del qual havia rebut força influència. A partir del 1939 formà part de diferents orquestres, principalment les de Cab Calloway, Earl Hines i Billy Eckstine. En les dues últimes coincidí amb Charlie Parker, i amb ell i altres músics tocà en moltes sessions informals que anaren donant forma al revolucionari estil bop. A partir del 1945 enregistrà amb quintets que duien el seu nom. Aquest mateix any formà una big band, l’única que reeixí a integrar plenament el nou estil a una formació de grans dimensions, que hagué de dissoldre el 1950, després d’haver comptat amb grans músics i fet formidables enregistraments. En dècades posteriors pogué refer-la per a treballs puntuals, però des de llavors la major part de la feina de Gillespie la realitzà liderant grups petits. Es mantingué en plena activitat per tot el món fins els primers anys de la dècada dels noranta.
Partícip del nucli de creadors del bop, Gillespie fou un dels músics més influents de la història del jazz. Inicialment inspirat per Roy Eldridge, aviat desenvolupà el seu propi estil trompetístic improvisatori, caracteritzat pels contrastos entre frases simples i complexes, entre passatges suaus en el registre mitjà i pujades en fortissimo en l’agut. Als anys cinquanta fou un dels principals introductors de ritmes afrocubans en el jazz.
Escriví un bon nombre de composicions molt significatives que resten entre les més conegudes i interpretades del repertori jazzístic. Entre aquestes cal destacar Woody’n’You, Salt Peanuts, A Night in Tunisia, Groovin’High, Hot House, Manteca, Birk’s Works, etc. El 1979 publicà les memòries To be or not to bop.