Gustaf er sønnen til skuespilleren Stellan Skarsgård, og har fulgt i farens fotspor sammen med Alexander Skarsgård og Bill Skarsgård. Peter Stormare er Gustafs gudfar.

Skarsgård gikk ut av Teaterhögskolan i 2003, og samme år var han nominert til en Guldbagge for birollen i "Ondskapen" (2002). I 2007 ble han kåret til Shooting Star under Berlin filmfestival.

Han er kjent fra "Arn"-filmene, "The Way Back" (2010) og "Kon-Tiki" (2012).