Figlio di padre ebreo e madre cristiana, nacque a Nazianzo in Cappadocia nel 329
Il padre Gregorio fu convertito al cristianesimo dalla moglie e più tardi divenne vescovo di Nazianzo, la madre Nonna è considerata santa dalla Chiesa cattolica come lo stesso Gregorio ed i suoi fratelli Cesario e Corgonia.
Gregorio studiò a Cesarea di Cappadocia, Cesarea di Palestina, Alessandria ed Atene.
Dopo un periodo in un monastero del Ponto tornò a Nazianzo dove nel 361 fu ordinato sacerdote dal padre.
Nel 372 l'amico Basilio di Cesarea lo nominò vescovo di Sasima ma Gregorio non assunse mai questa carica a causa dei contrasti fra ariani ed ortodossi e, dalla morte del padre, si occupò di dirigere la chiesa di Nazianzo.
Teodosio I lo chiamò a Costantinopoli nel 379, lo nominò vescovo della città nel 380 e nel 381 fece ratificare la nomina dal Concilio Ecumenico.
Nel 382 tornò a Nazianzo dove trascorse gli ultimi anni in solitudine. Morì nel 390.
Le spoglie di Gregorio vennero conservate per secoli a Costantinopoli poi trasferite a Roma, forse nell'VIII secolo, e dal 1580 si trovano nella basilica di San Pietro dove furono traslate per volontà del papa Gregorio XIII.
Gregorio fu autore di sermoni, elogi funebri, discorsi teologici e di un epistolario.
La Chiesa cattolica lo considera Dottore e Padre della Chiesa e lo commemora il 25 gennaio.