Ancien élève de l'Ecole des ponts et chaussées (promotion 1960). Ingénieur civil des ponts et chaussées.
Après un séjour de trois ans au Laboratoire de Mécanique des solides de l'École Polytechnique où il s'initie à la mécanique des roches, il rejoint l'École des mines en 1968 dans l'équipe dirigée par le professeur Edouard Tincelin. Il y mène une carrière d'enseignant, de chercheur et de directeur de recherches axée sur les applications de la mécanique des roches aux travaux souterrains. Il s'attache notamment à l'identification des lois de comportement des roches en développant des méthodes d'essais spécifiques en laboratoire et il participe au développement des codes de calcul permettant d'intégrer ces lois de comportement et de simuler le comportement des massifs rocheux au voisinage des vides souterrains. Ce travail trouve son application dans le dimensionnement des galeries minières, mais aussi dans la conception des tunnels et des cavités de stockage. C'est ce dernier sujet, le stockage souterrain, qui sera à l'origine de son intérêt pour le comportement mécanique du sel gemme, sujet sur lequel il a fait de nombreuses publications. Gérard Vouille a présidé le Comité français de mécanique des roches entre 1991 et 1995.