Odesa era entonces la cuarta población del Imperio Ruso y una de las ciudades más sofisticadas de Europa. Situada a orillas del mar Negro, era un destino habitual de la aristocracia de todo el continente, que acudía durante todo el año atraída por sus balnearios, hoteles de lujo, cafés y teatros. Sin embargo, George no llegó a conocer esa ciudad, porque en 1905 Odesa se vio sacudida por la revolución y los pogromos. George fue educado en casa hasta que su madre murió cuando tenía nueve años y su padre lo inscribió en su escuela. Los años siguientes, primero debido a la Gran Guerra y luego a la Revolución y la Guerra Civil rusas, las clases fueron suspendidas frecuentemente por los bombardeos que sufrió la ciudad, y George, cuando no hacía cola para conseguir alimentos, estudiaba por su cuenta.

Cuando la situación se calmó en 1921 comenzó a estudiar física en la Universidad Novorossia de Odesa, pero debido a carencias de la postguerra solo se impartían las clases de matemáticas, y al año siguiente tuvo que cambiarse a la Universidad Estatal de Petrogrado. Para poder costear la matrícula, su padre vendió una parte de la plata familiar y George aceptó un puesto en una oficina meteorológica. A pesar de que este trabajo no le permitía atender a la mayoría de las clases, terminó la carrera un año antes de lo normal y obtuvo una beca para hacer la tesis en un grupo de física teórica. Pero a él el tema que le propusieron sobre invarianza adiabática le aburría y junto a varios amigos dedicó su tiempo a seguir, estudiar y debatir las novedades que se estaban produciendo en el campo de la mecánica cuántica en Europa occidental. Este grupo de grandes amigos, conocido como la Jazz Band, con el tiempo se haría célebre porque sus integrantes, Dimitri Ivanenko, Lev Landau y George Gamow, se convirtieron en grandes figuras de la física soviética.

En 1928 consiguió una beca para participar en los cursos de verano de mecánica cuántica que organizaba Max Born en la Universidad de Gotinga. Nada más llegar, George dejó de atender a las clases y, mientras los compañeros se afanaban en usar la mecánica de ondas en átomos y moléculas cada vez más complejos, él se aisló en la biblioteca para aplicar el método al núcleo de los átomos. De esta manera, en una noche, creó un modelo que permitía explicar la emisión de partículas alfa que traía de cabeza al descubridor del núcleo atómico, Ernest Rutherford. Al terminar el curso, cambió sus planes de viaje para pasar por Copenhague y mostrar su modelo a Niels Bohr antes de regresar a Rusia. Este quedó tan impresionado que le ofreció una beca Carlsberg para que durante doce meses continuara el estudio del núcleo atómico en su Instituto de Física Teórica. En ese año, George creó el modelo nuclear de la gota líquida, que condujo al desarrollo de las teorías de fisión y fusión atómicas.

Cuando se acabó su periodo en Copenhague, Bohr le invitó a ir a Cambridge para trabajar con Rutherford. Para ello le consiguió una beca de la fundación Rockefeller. Durante su estancia escribió varios artículos y un libro que sentó las bases de la nueva física nuclear.

En 1931, con tan solo 27 años, fue elegido miembro de la Academia de Ciencias de la URSS. Ese mismo año las autoridades soviéticas le hicieron regresar a Moscú para renovar su pasaporte, pero temerosas de perder a una figura tan importante, tras varios meses de incertidumbre, le denegaron el documento. En las interminables colas de la oficina de pasaportes, George conoció a Lyubov Vokhmintseva, una física a la que pidió matrimonio el día en el que le obligaron firmar la renuncia a su pasaporte.

Atrapado en la URSS, George aceptó un puesto de catedrático en la Universidad de Leningrado para sobrevivir hasta que pudiera escapar del país con su esposa. El primer intento se produjo en el verano de 1932, cuando trataron de hacer una travesía de doscientos ochenta kilómetros a través del mar negro hacia Turquía. Pero una tormenta les sorprendió al poco de salir y arrastró su balsa de goma de nuevo a la costa soviética.

Lo intentaron por segunda vez en julio de 1933 en la frontera lapona con Noruega. Lyubov y George, con la ayuda de su amigo Lev Landau, consiguieron una de las casas de vacaciones que una sociedad de apoyo a científicos soviéticos tenía en Murmansk, a cien kilómetros de la frontera. Era la coartada ideal para indagar si algún esquimal estaría dispuesto a guiarlos por la tundra, pero desistieron al descubrir que los esquimales solían entregar por una recompensa a quienes trataban de huir al exilio.

Cuando regresaron a Leningrado, encontraron que Bohr, preocupado por su amigo, se había movilizado para proporcionales la excusa perfecta para escapar. El científico danés le había enviado una invitación de la prestigiosa Conferencia Solvay, que ese año trataba sobre física nuclear. Las autoridades, deseosas de hacer propaganda de la ciencia soviética, expidieron inmediatamente el pasaporte de George. Para conseguir un pasaporte para su esposa, George se reunió en el Kremlin con Viacheslav Mólotov, jefe del gobierno de la URSS, al que convenció de que su mujer debía acompañarlo como secretaria. Finalmente, George y Lyubov salieron de la Unión Soviética a finales de septiembre de 1933 en dirección a Bruselas.

En el congreso, George tuvo la oportunidad de ponerse al día de las novedades que se había perdido en Rusia, como los descubrimientos del neutrón y el positrón, pero sus gestiones para conseguir un puesto de trabajo fijo en alguna universidad fracasaron por la crisis económica posterior a la Gran Depresión. Tras pasar como Profesor Invitado dos meses en el Piere Curie Institute de París, uno en Londres y cuatro en Copenhague con Bohr, decidió probar en Estados Unidos, donde al poco tiempo consiguió una cátedra en la capital del país, en la Universidad George Washington. Esta institución apenas contaba con sección de física y George Gamow, para mejorarla, convenció a los directores para que contrataran a Edward Teller, con el que trabajó los años siguientes desarrollando una teoría para explicar la emisión beta nuclear. También dedicó su tiempo a las reacciones nucleares que alimentaban las estrellas, un tema que le interesaba desde su llegada a Copenhague, y en 1939 publicó una serie de artículos en los que explicaba la velocidad de formación de elementos químicos en el interior de las estrellas y las reacciones nucleares que sostenían a las estrellas gigantes rojas, supernovas y estrellas de neutrones.

Durante los años 40, apartado del Proyecto Manhattan por su origen soviético, aplicó su trabajo sobre las reacciones nucleares a problemas cosmológicos. Y mientras la mayoría de los físicos creía que el universo estaba en un estado estacionario, él utilizó la ridiculizada teoría del Big Bang de Georges Lemaître para explicar, en un artículo de 1948, la proporción de hidrógeno y helio en el universo a partir de las reacciones nucleares que se habrían producido en los primeros momentos del cosmos. En el mismo artículo también predijo que el resplandor de la gran explosión debía seguir presente en forma de radiación de microondas allá donde se mirara en el cielo. La teoría del Big Bang fue aceptada cuando la radiación anticipada por George fue descubierta por Arno Penzias y Robert Wilson en 1965.

Durante todo su tiempo en América, George compatibilizó su investigación con su afición favorita, la escritura de libros de divulgación científica. En 1939 presenta el primer libro de su serie para niños Las aventuras de Mr. Tompkins, por el que recibió el premio Kalinga de la UNESCO para la divulgación científica. Preparando un libro de Mr. Tompkins, a raíz del descubrimiento de la estructura del ADN en 1953, George se interesó sobre el almacenamiento y transmisión de información en las células, escribiendo varios artículos en los que propuso el «código genético», la codificación de los aminoácidos de las proteínas en secuencias de tres bases (tripletes o codones) de ADN.

En los últimos años de su vida, George Gamow sufrió depresión. Echaba de menos su tierra y, salvo los biólogos interesados en sus trabajos sobre el código genético, la comunidad científica le había dado la espalda por su forma poco ortodoxa de aproximarse a la ciencia. Además, en aquella época su faceta divulgadora era considerada impropia de un hombre de ciencia. George desarrolló un problema con la bebida y 1955 su mujer lo abandonó. Huyó de Washington para comenzar una nueva vida en la Universidad de Colorado en Boulder. En 1958 se volvió a casar con Barbara Perkins, con la que compartía su amor por la poesía. Junto a ella retomó su afición por la divulgación, escribiendo cinco nuevos libros, una nueva entrega de Mr. Tompkins y su autobiografía, pero volvió a recaer en su alcoholismo y el 19 de agosto de 1968 murió por problemas derivados de su adicción.

Solo tras su muerte, la comunidad científica reconoció el valor de la vida y obra de George Gamow, una persona autodidacta que con su extraordinaria creatividad no solo revolucionó la física nuclear, la cosmología y la biología, sino que también hizo llegar la ciencia moderna a millones de lectores de todo el mundo.