Après des études en musique, physique et histoire de l'art, Gilles Cantagrel s'est d'abord orienté vers la presse et la communication, notamment dans les revues Harmonie et Diapason. Producteur d'émissions sur France Musique, il a été appelé à diriger les programmes de cette chaîne de 1984 à 1987. Conseiller artistique à Radio France, vice-président de la commission musicale de l'Union Européenne de Radiodiffusion et télévision, il a également été maître de conférences à la Sorbonne.
Présentateur de concerts à la télévision, producteur de nombreuses émissions radiophoniques en France et à l'étranger, il est l'auteur d'une série de films sur l'histoire de l'orgue en Europe. Il a publié de nombreux livres et articles de revues, et a collaboré à plusieurs ouvrages collectifs, dictionnaires et encyclopédies. Enseignant, conférencier, animateur, il intervient au Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris et en différents conservatoires et universités en France et au Québec. Il est fréquemment appelé à participer à des jurys de concours internationaux en Europe et en Amérique du Nord. En 1985, il a participé à la création du salon de la musique classique Musicora.
En 2001, il a été nommé par le ministre de la Culture membre du Haut Comité des célébrations nationales. Président de l’Association des Grandes Orgues de Chartres, il est aussi administrateur de diverses institutions, dont le Centre de Musique Baroque de Versailles, et membre du Conseil de Surveillance de la Fondation Bach de Leipzig. La Neue Bachgesellschaft de Leipzig lui a confié la responsabilité de la réalisation du premier Europa Bach Festival (198 événements, Paris et Ile-de-France, automne 2005).
Il est chevalier de la Légion d’Honneur, officier des Arts et Lettres, croix du Mérite de la République Fédérale d’Allemagne, médaille d’or du mérite culturel de la province de Vienne (Autriche) et officier du mérite culturel de la Principauté de Monaco. En 2006, il a été élu correspondant de l’Académie des Beaux-Arts, à l’Institut de France.