Giovanissimo entrò nella Scuola d'Arte e Mestieri di Vienna e si legò al fratello Ernst e a Franz von Matsch, con i quali ottenne importanti committenze, tra cui nel 1880 il Soffitto della Sala di Riunione di Kasrlsbad (oggi Karlovy Vary in Repubblica Ceca). Il gruppo, ottenuto il diploma nel 1883, fondò la Società di Artisti (Künstlerkompanie) e decorò il Soffitto della scalinata del Burgtheater (1886-88).

Nel 1888 Klimt ricevette importanti riconoscimenti dall’imperatore Francesco Giuseppe e dalle università di Monaco e Vienna. Nel 1892 morì il fratello Ernst e Gustav incontrò quella che fu la donna più importante della sua vita, Emilie Flöge.

Nel 1897 nacque il movimento artistico della Secessione Viennese di cui fu presidente e massimo rappresentante. L’anno seguente venne organizzata la prima mostra del gruppo, con opere di Klimt, Rodin, Böcklin, Mucha e Puvis de Chavannes.

Tra i suoi massimi capolavori va ricordato il Soffitto dell’Aula Magna dell’Università di Vienna, dedicato a Filosofia, Medicina e Giurisprudenza (1894-1900), che generarono molte polemiche tra i committenti, ma che gli valsero anche la Medaglia d’Oro all’Esposizione Universale di Parigi del 1900. Nel 1903 i suoi due viaggi a Ravenna e gli splendidi mosaici bizantini lo influenzarono profondamente. Nel 1910 vinse l’Internazionale di Roma con Morte e Vita.