Gonçalo licenciou-se em Química pela Universidade de Lisboa em 2004 e mudou-se para a Universidade de Oxford, Reino Unido, onde concluiu o seu D.Phil em 2008, sob a orientação do Prof. Ben Davis. Posteriormente, foi premiado com uma bolsa Marie-Curie para os seus estudos de pós-doutoramento com o Prof. Peter H. Seeberger. Após um curto período em Portugal a trabalhar como Group Leader na Alfama Lda. (empresa spin-out dedicada ao desenvolvimento de Moléculas Libertadoras de Monóxido de Carbono), Gonçalo mudou-se para a ETH, Zurique, para se juntar ao grupo do Prof. Dario Neri. Na ETH, e como EMBO Fellow, desenvolveu novos conjugados anticorpo-droga de direcionamento vascular para terapia de cancro.
Gonçalo foi premiado com uma Royal Society University Research Fellowship em 2013 e iniciou o seu grupo independente em Cambridge. Foi nomeado Docente Universitário em junho de 2018 e promovido a Reader em junho de 2019 e Professor Catedrático de Biologia Química em 2022. De 2013 a 2022, também dirigiu um laboratório de Biologia Química Translacional no Instituto de Medicina Molecular de Lisboa. Os interesses do seu grupo de pesquisa concentram-se no uso de princípios químicos para enfrentar problemas biológicos desafiadores para entender e combater cancro. O Gonçalo é também Fellow no Trinity Hall.
Gonçalo publicou mais de 175 artigos, arrecadou mais de 7,5 milhões de euros em financiamento de pesquisa, incluindo duas bolsas do European Research Council, e recebeu o Harrison–Meldola Memorial Prize em 2016 da Royal Society of Chemistry, o 2020 Young Chemical Biologist Award da International Chemical Biology Society (ICBS) e recentemente o Blavatnik Award for Young Scientist no Reino Unido – Finalista em Química. Pelos seus esforços na investigação translacional, Gonçalo foi reconhecido pelo Ministério da Saúde de Portugal por serviços relevantes em Saúde Pública e Medicina e recebeu uma prestigiada bolsa de Iniciação do Conselho Europeu de Investigação.
Por fim, o Gonçalo é empresário e cofundador de várias empresas com tecnologias descobertas nos seus laboratórios. Ele também atua como membro do conselho científico em várias empresas de biotecnologia. Recentemente, Gonçalo tornou-se Senior Fellow na maior incubadora global de empreendimentos – Flagship Pioneering, que deu origem à Moderna.
É membro do Conselho da Diáspora Portuguesa desde 2020.