파리 북서부의 노동자 가정에서 태어났고 고등학교 시절부터 청년사회주의단체에서 활동하였다. 대학에서는 의학과 철학을 공부하였고, 그후 제도적 정신요법의 토대를 실천적이고 이론적으로 생산했던 보르도 정신병원에서 의사로 일하였다. 가타리는 1953년 이래 라캉이 주도하던 세미나에 참여하였다. 그러나 68운동 과정과 그 이후에 라캉의 정신분석이 새로운 흐름을 반동적으로 회수해 가는 것을 보고, 정신분석이 지닌 이데올로기적 역할을 감지하면서 라캉에게 비판적이고 적대적인 입장을 차지하게 되었다.

1969년 들뢰즈를 만난 이후 가타리는 프로이트와 마르크스의 종합을 시도하였고 비라캉적인 용어들을 가지고 사회정치적 무의식에 관한 이론을 구성하기 시작하였다. 그는 횡단성 개념을 통해 구조주의를 공격해 나갔고 점차 분열분석방법을 통해 새로운 사회적 실천을 모색해 나갔다. 68년 혁명 이후 대중의 다양한 욕망분출에 주목하고 기존의 정치가 가졌던 억압적 방식을 비판하고 욕망의 미시정치를 제기하였으며, 국가 장치를 중심으로 한 혁명적 실천을 기계적 작동과 욕망해방이라는 방향으로 바꾸어 나가려고 하였다. 가타리는 이러한 분자혁명아린 상을 1980년대 이후 생태학과 카오스모제라는 생선론으로 전개해 나갔다.

저서로는 『정신분석과 횡단성』, 『분자혁명』, 『기계적 무의식』 ,『인동의 세월』, 『분열분석적 지도제작』, 『세가지 생태학』, 『카오스모제』등이 있다.

프랑스 소르본대학에서 철학을 전공한 후 파리 8대학에서 1969년 미셸 푸코의 뒤를 이어 교수로 재직하다가 1987년에 은퇴했다. 페르디낭 알키에, 조르주 캉길렘, 장 이폴리트 등을 사사했다. 인공 생명 유지 장치에 의존해 연명하다 1995년에 아파트에서 투신하여 생을 마감했다. 일찍부터 철학사를 해석하는 뛰어난 역량과 독특한 관점을 인정받았다. 동일성과 초월성에 반하는 차이와 내재성의 사유를 통해 기존 철학사를 독창적으로 재해석했다. 1962년 『니체와 철학』을 출판해 현대철학의 새 지평을 열었고, 1968년 국가박사 학위논문 『차이와 반복』에서는 니체적 관점에서 서양 철학사의 새로운 초상을 그려 냈다. 이 성취는 1972년 펠릭스 과타리와 함께 저술한 『안티 오이디푸스』를 통해 정치철학의 근본 문제를 탐구하는 작업으로 연장되어, 니체를 통해 프로이트를 비판하고 맑스를 수용하는 일을 완수하고 예술과 과학의 힘을 재발견했다. 주요 저서로 『경험주의와 주체성』, 『칸트의 비판철학』, 『베르그손주의』, 『스피노자와 표현 문제』, 『의미의 논리』, 『감각의 논리』, 『운동-이미지: 영화1』, 『시간-이미지: 영화2』, 『주름: 라이프니츠와 바로크』 등이 있다. 또 과타리와 함께 『천 개의 고원』, 『철학이란 무엇인가?』 등을 저술했다.