Nacido en Sao Paulo, Gabriel inició su carrera como futbolista profesional en el Esporte Clube Vitória de la ciudad de Salvador de Bahía, donde se mantuvo durante cuatro temporadas. Debutó oficialmente en 2010, a los 19 años de edad, como improvisado lateral derecho, en la Copa de Brasil, llegando a la final contra el Santos y perdiendo 3-2 en el global. Esa misma temporada, sufrió el descenso con el Vitoria. Se consolidó en el primer equipo como defensa central a finales de 2011 y colaboró en la consecución del ascenso a la Primera División de la liga Brasileña en 2012.

En 2013, ayudó a su equipo a ganar la Liga Estatal de Bahía y fue nombrado el mejor central del estado, por lo que comenzó a despertar el interés de las grandes Ligas europeas. En agosto de 2013, después de 14 apariciones en la liga nacional, Gabriel fue fichado por el Villarreal CF a cambio de tres millones de euros. En el equipo castellonense coincidió con Marcelino García Toral y disputa un total de 50 partidos durante dos temporadas. El 24 de enero de 2015, Gabriel Paulista fue traspasado al Arsenal FC en una operación que ascendió a 15 millones de euros. En el conjunto británico disputa 64 partidos en dos temporadas.

El 17 de agosto de 2017 el Valencia CF de Marcelino anunció la contratación de Gabriel Paulista a cambio de 11 millones de euros.