Enfant actif et turbulent, Gilbert Cousin suit plusieurs formations avant de se tourner vers le théâtre. À vingt-cinq ans, il entre au Théâtre national populaire (TNP) où il joue plusieurs rôles dans diverses pièces telles que "Le Malentendu" de Jean Anouilh et "Le Soulier de satin" d'Édouard Bourdet.
En 1962, il débute à la télévision en incarnant le personnage de Jérôme dans "Les Grandes Familles" créée par Jean-Pierre Melville et adaptée du roman éponyme d'Émile Zola. C'est ce rôle qui lui vaudra une notoriété nationale grâce au succès de la série et de son interprétation.
Après cet engagement, il continue à travailler pour la télévision en incarnant des personnages tels que Robert Macaire dans "Le Chevalier d'Éon" (1963), Paul de Gaulejac dans "La Vie devant soi" (1975) et le marquis d'Esneval dans "Les Rois maudits" (1972).
Au cinéma, il apparaît pour la première fois en 1960 dans "Le Jour le plus long", film épic de Darryl F. Zanuck. Il connaîtra également un grand succès grâce à son interprétation du personnage d'Albert Sorel dans "César et Cléopâtre" (1970) réalisé par Jean-Charles Tacchella.
Pour sa contribution au cinéma, Gilbert Cousin a reçu une nomination aux Césars en 1973 dans la catégorie du meilleur second rôle masculin pour son interprétation de Balthazar dans "Le Convoi des Anges" de Jean-Jacques Beineix.
Gilbert Cousin est également l'auteur de plusieurs livres dont "La Mémoire d'un acteur" en 1978 et "L'Acteur" en 1985, dans lesquels il raconte son parcours à travers le théâtre et la télévision.
Gilbert Cousin est mort à Paris le 15 mars 1996 d'un cancer de la prostate à l'âge de 62 ans.