Il entame une carrière dans la radio par un remplacement à partir de 1935, comme directeur de production du Poste parisien. Il mène cette activité en parallèle avec l'écriture, ayant publié en 1934 le recueil de poèmes Torrent.
Il épouse le la fille d'un éditeur, Dominique Talamon (1915-2003).
Au début de la Seconde Guerre mondiale, il est officier de liaison auprès de l'Armée britannique, pendant la campagne des Flandres, jusqu'à la bataille de Dunkerque,. Il devient ensuite le directeur de la propagande et de la documentation du Secours national.
Son premier roman, Les Innocents de Paris, est en grande partie autobiographique sur son enfance. Il paraît en Suisse en 1944 et obtient un véritable succès qui lui vaut de recevoir la même année le prix de la Guilde du Livre. Sa notoriété s’affirme en 1948 avec Notre prison est un royaume qui reçoit le prix Sainte-Beuve, ainsi qu’avec sa pièce la plus célèbre, également adaptée à la radio et à l’écran, Il est minuit, docteur Schweitzer, publiée en 1952.
Il publie en 1957 un recueil de textes dont une partie a paru en roman-feuilleton dans divers journaux dont le Figaro, Libérez Barrabas, dont un thème récurrent est l’insensibilité contemporaine.
Au printemps 1972, il quitte la radio et se tourne vers l’action sociale en devenant secrétaire général du Secours catholique pendant un an. Il apprend qu'il est atteint d'un cancer incurable en . La même année, il reçoit le prix de la ville de Paris pour l’ensemble de son œuvre.
En tant que romancier, essayiste, auteur dramatique, Gilbert Cesbron prend pour toile de fond de ses récits des thèmes d’actualité qui le passionnent: les prêtres ouvriers dans Les saints vont en enfer, la jeunesse délinquante dans Chiens perdus sans collier, l’euthanasie dans Il est plus tard que tu ne penses ou la violence et la non-violence dans Entre chiens et loups.
Ses romans sont caractérisés par une intention de pénétrer la réalité de la société contemporaine avec le regard d’un chrétien convaincu qui souhaite «évoquer la morale sans se prétendre moraliste», ainsi qu’il le disait lui-même.
Ses livres ont été traduits en plusieurs langues, entre autres le portugais.
La regarder en face (méditations sur la mort), éditions Robert Laffont (1982) Mille copeaux d’ébène, L’écluse, Un mémorial de marbre noir, «Il y avait là un jardin…».
Une association, Les Amis de Gilbert Cesbron, a été créée en 1990 avec Ludovique, Arnaud et Tristan Cesbron. Elle édite un périodique annuel, les Cahiers Gilbert Cesbron, vendu au numéro auprès de l’association.
