Gürsel Erzurum’da doğdu. İlk tahsilini Ordu’da yaptıktan sonra Erzincan Askerî İdâdîsi’ni ve İstanbul Kuleli Askerî Lisesi’ni bitirdi. 1915’te Harp Okulu’nda öğrenci iken savaş dolayısıyla subay yapıldı ve topçu asteğmeni olarak orduya katıldı. Çanakkale savaşları sırasında Anafartalar ve Seddülbahir çarpışmalarında bulundu. Bu cephede savaş bitince 1917’de Filistin cephesine gönderildi. Burada Gazze muharebelerinde çarpıştı. Ancak cephenin çökmesi üzerine 1918’de İngilizler’e esir düştü ve Mısır’daki esir kampında bir yıl kaldı. 1919’da serbest bırakılınca önce İstanbul’a gitti, 1920 başlarında da Anadolu’ya geçerek Kurtuluş Savaşı’na katıldı. Birinci ve İkinci İnönü ile Eskişehir, Sakarya muharebelerinde ve Büyük Taarruz’da başarılı hizmetleri görüldü. Savaştan sonra Harp Okulu’nda yarım kalan öğrenimini tamamladı. 1929’da Harp Akademisi’nden kurmay subay olarak mezun oldu. Çeşitli askerî birliklerde görev yaptı. 1940’ta albaylığa, 1946’da tuğgeneralliğe, 1951’de tümgeneralliğe, 1953’te korgeneralliğe, Erzincan Kolordu kumandanı iken 1957’de orgeneralliğe yükseldi. Erzurum’da Üçüncü Ordu komutanlığı yaptıktan sonra 1958’de Kara Kuvvetleri komutanlığına tayin edildi. Cemal Gürsel 1960 yılında Millî Savunma bakanına, ülkenin içinde bulunduğu durumla ilgili olarak alınmasını düşündüğü tedbirlere dair on iki maddelik bir mektup gönderdi. Ancak bu yüzden 3 Mayıs 1960’ta mecburi izinle görevinden alınınca İzmir’e gitti. Demokrat Parti iktidarına karşı 27 Mayıs 1960’ta bir ihtilâl gerçekleştiren subaylar Gürsel’i ihtilâl liderliğine çağırdılar. Daveti kabul eden Gürsel Ankara’ya gelerek ihtilâlci subaylardan oluşan Millî Birlik Komitesi’nin başına geçti. 27 Mayıs 1960 – 10 Ocak 1961 tarihleri arasında devlet ve hükümet başkanlığı ile Silâhlı Kuvvetler başkomutanlığı görevini üstlendi. Millî Birlik Komitesi üyeleri arasında siyasî partiler, demokrasiye geçiş, askerî yönetimin devamı vb. konularda beliren görüş ayrılıkları sonucunda on dört komite üyesinin tasfiyesini kabul etmek zorunda kalan Cemal Gürsel (13 Kasım 1960), bu olaydan duyduğu üzüntünün tesiriyle hafif bir felç geçirdi. Demokrat Parti ileri gelenlerinin ve hükümet üyelerinin Yassıada’da yargılanmaları, Başbakan Adnan Menderes, Dışişleri Bakanı Fatin Rüştü Zorlu ve Maliye Bakanı Hasan Polatkan’ın idam cezasına çarptırılmaları konusunda komite üyeleriyle düştüğü anlaşmazlık sırasında rahatsızlığı daha da arttı. Bu arada demokrasiye dönülmesi hususunda bazı çalışmalar yapıldı. Yeni bir anayasa hazırlanarak halk oyuna sunuldu ve kabul edildi. Cumhurbaşkanlığı için başlangıçta Gürsel’le birlikte senato üyesi Ali Fuat Başgil de aday oldu. Ancak Millî Birlik Komitesi tarafından yapılan baskılar sonucunda Başgil adaylıktan çekilince, anayasaya göre Cumhuriyet Senatosu’nun tabii üyesi olan Gürsel tek aday olarak 26 Ekim 1961’de Türkiye Büyük Millet Meclisi’nin ortak toplantısında Türkiye Cumhuriyeti’nin dördüncü cumhurbaşkanı seçildi ve İsmet İnönü’yü hükümeti kurmakla görevlendirdi. Ancak Gürsel’in hastalığı giderek ağırlaştı. Şubat 1966’da tedavi için Amerika Birleşik Devletleri’ne gönderildiyse de komaya girmesi üzerine 26 Mart 1966’da Ankara’ya getirilerek Gülhane Askerî Tıp Akademisi’ne yatırıldı. 28 Mart 1966’da bir hekimler heyetinin görevini yürütemeyeceğine dair rapor vermesi üzerine Genelkurmay Başkanı Cevdet Sunay cumhurbaşkanı seçildi. 14 Eylül 1966’da tedavi görmekte olduğu hastanende ölen Gürsel Anıtkabir’in bahçe kısmına gömüldü. Mezarı 30 Ağustos 1988’de Devlet Mezarlığı’na nakledildi.