Στη συνέχεια γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Σαν Ντιέγκο, όπου παρακολούθησε παιδαγωγικά μαθήματα, αλλά απέκτησε και τις πρώτες του θεατρικές εμπειρίες, συμμετέχοντας σε φοιτητικές παραστάσεις. Θέλοντας να σπουδάσει Ιατρική, γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ, αλλά γρήγορα τον κέρδισε η ηθοποιία, καθώς οι καθηγητές του στο πανεπιστήμιο διέκριναν τα υποκριτικά του προσόντα.
Το 1939 αποφοίτησε με πτυχίο αγγλικής φιλολογίας και τον ίδιο χρόνο μετακόμισε στη Νέα Υόρκη, όπου συμμετείχε σε διάφορους μικρούς θιάσους, με στόχο να βελτιώσει τα υποκριτικά του μέσα. Το 1942 κατάφερε να περάσει τις πύλες του Μπρόντγουεϊ, συμμετέχοντας στο έργο «Morning Star» του Έμλιν Γουίλιαμς.
Ο Γκρέγκορι Πεκ εμφανίστηκε σε αρκετές θεατρικές παραγωγές, πριν από τους πρώτους κινηματογραφικούς ρόλους του στις ταινίες «Σπάστε τα δεσμό» («Days of Glory») του Ζακ Τουρνέρ και «Τα κλειδιά τού Παραδείσου» (The Keys of the Kingdom) του Τζον Στολ και οι δυο γυρισμένες το 1944.
Η ομορφιά, η χάρη και ο μετρημένος χαρακτήρας του συνέβαλαν, ώστε να ξεχωρίσει και να γίνει ένα από τα μεγαλύτερα ινδάλματα του κινηματογράφου. Διακρίθηκε για τις ερμηνείες του σε ταινίες, όπως «Νύχτα αγωνίας» («Spellbound», 1945) του Άλφρεντ Χίτσκοκ, «Μονομαχία στον ήλιο» («Duel in the Sun», 1946) του Κινγκ Βίντορ, «Θρύλοι του δάσους» («The Yearling», 1946) του Κλάρενς Μπράουν, «Συμφωνία κυρίων» (Gentleman’s Agreement, 1947) του Ηλία Καζάν και «Ατσαλένιοι αετοί» (Twelve Ο’ Clock High, 1949) του Χένρι Κινγκ.
Όμως, η απεικόνιση τού κουρασμένου, κυνικού ήρωα της ταινίας «Μονομαχία την αυγή» («The Gunfighter», 1950) του Χένρι Κινγκ, τον καθιέρωσε ως έναν ηθοποιό με εξαιρετικές ικανότητες. Τιμήθηκε με Όσκαρ το 1962, υποδυόμενος τον μαχητικό δικηγόρο Άτικους Φιντς στην ταινία του Ρόμπερτ Μάλιγκαν «Σκιές στην σιωπή», ενώ προτάθηκε τέσσερις ακόμη φορές.
Ο Γκρέγκορι Πεκ διακρίθηκε κυρίως σε ρόλους «καλού» και «όμορφου», ενώ οι λίγες απόπειρες να υποδυθεί ήρωες «κακούς» συνήθως αποτύγχαναν, όπως για παράδειγμα η ενσάρκωση του δρος Μένγκελε στην ταινία «Ανθρωποκυνηγητό σε δύο ηπείρους» («Boys from Brazil», 1978) του Φράνκλιν Σάφνερ.
Από το υπόλοιπο κινηματογραφικό του έργο αξίζει να αναφερθούν οι ταινίες: «Διακοπές στην Ρώμη» («Roman Holiday», 1953) του Γουίλιαμ Γουάιλερ, «Μομπι Ντικ» («Moby Dick», 1956) του Τζον Χιούστον, «Τα κανόνια του Ναβαρόνε» («The Guns of Navarone», 1961) του Τζέι Λι Τόμσον, «Η μέρα της εκδίκησης» («Behold a Pale Horse», 1964) του Φρεντ Τσίνεμαν, «Η προφητεία» («The Omen», 1976) του Ρίτσαρντ Ντόνερ, «Οι λύκοι τής θάλασσας» («The Sea Wolves», 1981) του Άντριου Μακ Λάγκλεν, «Ο γερο-Γκρίνγκο» («Old Gringo», 1989) του Λούις Πουέντσο και το «Ακρωτήρι του Φόβου» («Cape Fear»,1991) στην εκδοχή του Μάρτιν Σκορσέζε.
Στη διάρκεια της ζωής υπηρέτησε από διάφορες θέσεις το Χόλιγουντ (πρόεδρος του Αμερικανικού Ινστιτούτου Κινηματογράφου και της Αμερικανικής Ακαδημίας Κινηματογράφου, μέλος του Ταμείου για την Τηλεόραση και τον Κινηματογράφο), ενώ διακρινόταν για το φιλελεύθερο πνεύμα του, έχοντας καταδικάζει ανοιχτά τον Μακαρθισμό.
Ο Γκρέγκορι Πεκ πέθανε στην πολυτελή βίλα του στο Μπέβερλι Χιλς, στις 12 Ιουνίου 2003, σε ηλικία 87 ετών. Είχε νυμφευτεί δύο φορές και απέκτησε συνολικά πέντε παιδιά.
