Gheorghe Gheorghiu s-a născut în familia unui muncitor sărac, Tănase Gheorghiu și a soției sale, Ana.Învățământul gimnazial l-a urmat în Moinești, la corpul vechi din actuala școală nr. 1 „Ștefan Luchian” (Moinești).S-a calificat în meseria de electrician, iar apoi a lucrat la CFR. În 1930 a intrat în rândurile Partidului Comunist Român. Este arestat în 1933 ca urmare a rolului jucat în organizarea grevei de la Atelierele Grivița, fiind condamnat în același an la închisoare, începându-și ispășirea pedepsei în închisoarea Doftana. În 1936 este ales membru al CC al PCR, devenind lider al facțiunii din închisori a partidului.
Dej a devenit arhitectul unei noi politici externe și economice semiautonome în cadrul Pactului de la Varșovia și a CAER-ului la sfârșitul deceniului al șaselea. El a luat hotărârea creării unei industrii grele, inițiativă care contravenea planurilor moscovite care rezervaseră pentru România rolul de grânar al blocului comunist. Astfel, a fost creat Combinatul siderurgic de la Galați, a cărui producție se baza pe minereuri de fier importate din India și Australia). De asemenea, în 1953 a fost datǎ în exploatare Întreprinderea de Rulmenți Bârlad, care ulterior s-a dezvoltat ajungând la un număr de cca. 9.000 de salariați, cam 1/9 din populația orașului(cca. 80.000 de locuitori la nivelul anului 1989).
În același timp, au fost inițiați numeroși pași pentru eliminarea influenței SovRomurilor și pentru eliminarea influenței culturale a URSS-ului, (desființarea editurii Cartea Rusă, de exemplu).
În 1958, Gheorghiu-Dej (secondat de mai vechiul său protejat,Nicolae Ceaușescu) a obținut o victorie politică importantă, reușind să determine guvernul sovietic să retragă ultimii militari ai Armatei Roșii de pe teritoriul României.După această dată, Dej a încurajat sentimentele antisovietice. În scrierile istorice a început să se facă referiri la Basarabia românească, iar în ultimii ani ai regimului dejist au fost publicate textele lui Karl Marx, care fuseseră cenzurate până atunci – cele care făceau referire la imperialismul țarist și la ocuparea teritoriilor românești care făceau parte în anii deceniul al șaptelea din Uniunea Sovietică.
În 1961,Iosif Chișinevschi și Miron Constantinescu, cu asentimentul lui Constantin Pârvulescu, au încercat destituirea lui Dej din funcția de prim-secretar al partidului, dar nu au reușit (datorită eșecului de a câștiga sprijinul lui Alexandru Moghioroș). "Deviaționiștii de dreapta" au fost apoi pe scurt epurați din organele de conducere.
În ultimii săi ani de conducere, Gheorghe Gheorghiu-Dej a luat hotărârea stabilirii de relații diplomatice cu statele occidentale capitaliste, inclusiv cu Statele Unite ale Americii. Astfel de inițiative au fost încurajate de SUA,președintele Lyndon B. Johnson considerând că România devenise un stat comunist prieten în contextul Războiului Rece. În acțiunile de strângere a relațiilor diplomatice, Dej a fost secondat de Gheorghe Gaston Marin, vicepremierul guvernului. Marin a fost ultimul colaborator al lui Dej care a fost îndepărtat de Nicolae Ceaușescu din guvernul comunist român în1982. Gaston Marin avea să emigreze mai târziu înIsrael.
Gheorghe Gheorghiu-Dej a murit în 1965 de cancer la ficat. Au existat numeroase zvonuri cu privire la o iradiere intenționată a liderului comunist în timpul ultimei sale vizite la Moscova, ca urmare a politicii sale tot mai independente.Ion Mihai Pacepa aducea un argument în favoarea teoriei iradierii lui Dej, reproducând afirmațiile lui Nicolae Ceaușescu, care îl informase despre cei "zece lideri internaționali pe care Kremlinul i-a ucis sau a încercat să-i ucidă". Gheorghiu-Dej ar fi fost unul dintre ei.
Gheorghe Apostol susținea că el fusese numit personal de Dej ca succesor la conducerea partidului, dar Ion Gheorghe Maurer, care îl privea cu deosebită ostilitate, a manevrat în așa fel încât în fruntea partidului să fie ales Nicolae Ceaușescu, (unul dintre protejații liderului decedat și un personaj de prim-plan în partid).