Nach dem Studium der Romanistik wurde G. - ein Schüler von Wilhelm Meyer-Lübke - 1913 in Wien Privatdozent, 1919 ordentlicher Professor in Innsbruck und übernahm 1925 den Lehrstuhl für Romanistik in Berlin. 1940-1944 leitete G. das Deutsche Wissenschaftliche Institut in Bukarest. Von 1946 bis zu seiner Emeritierung im Jahre 1956 war G. ordentlicher Professor in Tübingen.

Zwischen Gustav Weigand und Günther Reichenkron war G. der einzige deutsche Spezialist für rumänische Sprachwissenschaft. Aufbauend auf eigenen Aufnahmen und unter Verbindung von Siedlungs- und Sprachgeschichte erarbeitete er zunächst Dialektmonographien; späterhin untersuchte er in zahlreichen Einzelstudien (die in Manuskriptform fertiggestellte Buchsynthese ist durch Kriegseinwirkungen verlorengegangen) die Vor- und Frühgeschichte der Herausbildung insbesondere des Dakorumänischen aus der Ostromania. Im Anschluß an Sextil Puşcariu nahm G. eine Entstehung des heutigen dakorumänischen Sprachgebietes aus mindestens zwei, wahrscheinlich aber drei verschiedenen romanischen Teilgebieten an (Westkarpaten als Rückzugsgebiet, Ufergebiete der unteren Donau), was durch neueste Funde der Archäologie bestätigt worden ist. Nördlich der Donau lebte G. zufolge auch außerhalb der Kerngebiete die Sprache der zur Minderheit gewordenen romanischen Bevölkerung als Verkehrs- und Hilfssprache der auf dem Boden Daziens zusammentreffenden Nord- und Südslawen sowie der anderen eindringenden Völker weiter, die ihre „Heimsprachen“ aufgaben, als seit dem 9. Jh. Wanderbewegungen aus den Kerngebieten, z. T. unter dem Druck der Bulgaren, zur allmählichen Romanisierung des gesamten heutigen dakorumänischen Territoriums führten (Romanisierung der Moldau nicht nur, wie vor G. angenommen, von Nord- und Nordostsiebenbürgen her, sondern in geringerem Umfang auch schon vorher durch rumänische Einwanderer von südlich der Donau, vor allem im 10./11. Jh.). Aufgegriffen und weiterentwickelt wurden diese Ergebnisse G.s durch seinen Schüler Günther Reichenkron.

Auf weitgehende Kritik stießen G.s Thesen vom genitivischen Artikel des Rumänischen als Gelenkpartikel und von der Existenz zahlreicher germanischer Bestandteile im rumänischen Wortschatz. Mit seinen 1931-1939 veranstalteten Vortragsreihen rumänischer Gelehrter machte G. die Universität auch über das Gebiet der Sprachwissenschaft hinaus zu einem wichtigen Kontaktpunkt des rumänischen akademischen Lebens mit dem deutschen.

Zu den wesentlichen Veröffentlichungen G.s zur rumänischen Sprache und Kultur zählen: „Oltenische Mundarten“ (in: Sitzungsberichte der Akademie der Wissenschaften, Band 190, Wien 1919), „Romanica Germanica. Sprach- und Siedlungsgeschichte der Germanen auf dem Boden des alten Römerreiches. 2. Band: Die Ostgoten. Die Langobarden. Die altgermanischen Bestandteile des Ostromanischen. Altgermanisches im Alpenromanischen“ (Berlin 1935), „Die Mundart von Şerbăneşti-Tituleşti (Gerichtsbezirk Olt, Kreis Vedea)“ (Jena u. Leipzig 1936, Berliner Beiträge zur Romanischen Philologie, Band 6), „Despre originea Românilor“ (Über die Herkunft der Rumänen, in: Revista fundaţiilor regale, Bukarest 1940), „Zur Herkunftsfrage der Rumänen“ (aus Anlaß des Buches von Lajos Tamás, Romains, Romans et Roumains dans l’histoire de la Dacie Trajane, Budapest 1936, in: Südost-Forschungen, Leipzig 1940), „Über die Herkunft der Rumänen“ (in: Jahrbücher der Preußischen Akademie der Wissenschaften, Berlin 1940), „Randbemerkungen zum Rumänischen Sprachatlas“ (in: Abhandlungen der Preußischen Akademie der Wissenschaften, Phil.-hist. Kl., Berlin 1941), „Östliche und westliche Romanität“ (in: Revue historique du Sud-Est europeen, Bukarest u. Paris 1943), „Blacchi ac pastores Romanorum“ (in: Omagiu lui Ioan Lupaş la împlinirea vârstei de 60 de ani, August 1940, Bukarest 1943), „Der rumänische Sprachatlas“ (in: Cahiers Sextil Puşcariu, Rom 1952), „Romanidad occidental y romanidad oriental“ (in: Cahiers Sextil Puşcariu, Rom 1953), „Zur Frühgeschichte des Rumänischen“ (in: Gedächtnisschrift für Adalbert Hämel (1885-1952), hrsg. v. Romanischen Seminar der Universität Erlangen, Würzburg 1953), „Substrat und Verkehrssprache“ (in: Studium Berolinense, Berlin 1960), „Ausgewählte Aufsätze“ (Tübingen 1962), „Zur rumänischen Frühgeschichte“ (in: Die Kultur Südosteuropas, ihre Geschichte und ihre Ausdrucksformen. Hrsg. Günther Reichenkron u. Alois Schmaus, München 1964, Südosteuropa-Schriften. Band 6).

Rosetti, Alexandru: Sur la méthode de la géographie linguistique. In: Bulletin linguistique 12 (1944) 106-112.

Festgabe Ernst Gamillscheg zu seinem 65. Geburtstag am 28.10.1952 von Freunden und Schülern überreicht. Tübingen 1952.

Syntactica und Stilistica. Festschrift für Ernst Gamillscheg zum 70. Geburtstag, 28. 10.1957. In Verbindung mit Mario Wandruszka u. Julius Wilhelm hrsg. Günther Reichenkron. Tübingen 1957.

Verba et Vocabula. Ernst Gamillscheg zum 80. Geburtstag. Hrsg. Helmut Stimm u. Julius Wilhelm. München 1968.

Stimm, Helmut: Nachruf auf Ernst Gamillscheg. In: Zeitschrift für französische Sprache und Literatur 81 (1971) 3-12.