D'après Aurélia Dusserre, publié dans le Dictionnaire des orientalistes de France, et d'après Jean Gaudant :

Ce géographe, géologue et minéralogiste a passé son enfance au Maghreb où il acquis une bonne connaissance de l'arabe. Recruté par le Service de la carte géologique de l'Algérie, il devient ensuite préparateur au Collège de France, puis entre à la Sorbonne en 1899, soutient son doctorat en 1902 à Alger avec une thèse intitulée Esquisse stratigraphique et pétrographique du bassin de la Tafna, Algérie et devient Maître de conférences en 1905.

Il parcourt la région d'Oran de 1896 à 1901, et étudie la géologie de la vallée de la Tafna. A partir de 1902, il s'intéresse au Maroc. Il parcourt notamment l'Atlas occidental (novembre 1904 à mars 1905), en costume indigène, dans le cadre de la mission de Segonzac. Il fait le trajet de Mogador (Essaouira) à Marrakech, et en rapporte 15 caisses de roches et fossiles, 500 photos, de nombreux relevés de terrain. Il fait paraître en 1906 un récit de l'expédition, accompagné d'une carte au 1/250 000e. Une esquisse géologique du Maroc paraît dans le Maroc physique en 1912.

Il n'hésite pas à retourner au Maroc accompagné de sa femme et de sa fille, malgré le danger de ce genre d'expédition, mais doit les renvoyer en France en 1907 et poursuit ses visites sous protection militaire.

En 1912, il est promu professeur adjoint à la Sorbonne et nommé par Lyautey conseiller scientifique après l'établissement du protectorat français sur le Maroc.

Il propose dès 1913 la création d'un Institut scientifique chérifien, chargé notamment de créer une carte géologique du Maroc et de préciser les ressources en eau. Cet Institut est créé en 1920. Gentil poursuit ses explorations pour le compte de la Société de Géographie.

Par ailleurs, il s'intéresse à la mise en valeur du Maroc dans des domaines aussi divers que l'agriculture, l'hydrogéologie, l'exploitation des phosphates et la prospection pétrolière. Il met en évidence la structure en nappes de ce qu'il nomma la « zone prérifaine », dont il retrouva le prolongement en Andalousie (1918), soulignant ainsi l'analogie entre les domaines rifain et bétique.

En 1923, il est élu membre de l'Académie des Sciences (section de Géographie et navigation).

Il poursuit les explorations de l'Atlas marocain, et notamment de l'Anti-Atlas, jusqu'à sa mort des suites d'une maladie tropicale.

La ville de Youssoufia (Maroc) s'est longtemps appelée "Louis Gentil". Louis Gentil avait exploré cette région, mais il n'a pas contribué directement à la découverte des phosphates marocains qui font la richesse de Youssoufia. Les phosphates de Youssoufia sont exploités depuis 1931, bien après le décès de Gentil.

Une bourse Louis Gentil - Jacques Bourcart est attribuée chaque année par l'Académie des sciences depuis 2007 pour récompenser des chercheurs de moins de 40 ans ayant effectué des recherches à l'étranger dans le domaine des sciences de la terre (lauréate 2010 : Karine Wainer ; montant en 2010 : 36.000 €).