Spécialiste de physiologie  environnementale  et  de  biodiversité,  professeur invité au collège de France en 2013-2014, il  a  par  ailleurs  présidé  le  Museum National d’histoire Naturelle entre 2009 et 2015.Il est l’auteur de  plus  de  400  publications  nationales  et  internationales  et participe à de nombreuses conférences autour de l’océan, de la biodiversité, de l’adaptation au milieu, du rôle de l’eau dans le  vivant  et  des  ressources  vivantes  marines  à  travers  le monde.

Gilles Bœuf a été membre du conseil scientifique de nombreux organismes de recherche, a dirigé six ans l’Observatoire océanologique de Banyuls-sur-Mer et a présidé  le Conseil Scientifique de l’Agence Française pour la Biodiversité.

Ce  scientifique  a  pris  une  part  active  à  l’organisation  de  la COP21 à Paris en décembre 2015, particulièrement afin d’intégrer les problématiques de l’océan et de la biodiversité dans les négociations internationales sur le climat.

En 2013, il reçoit des mains du prince Albert II de Monaco, la grande médaille Albert Ier de Monaco pour sa carrière scientifique dédiée aux mers et à l’océan.