Diplômé des facultés de lettres et de droit, avocat à Toulouse dès 1918, il est inscrit au barreau de Paris en 1921 et préside l’Union des jeunes avocats en 1927. Aux élections législatives de 1932, il est élu député de Guyane, son département natal. Dans les troisième et quatrième gouvernements de Camille Chautemps, il est sous-secrétaire d’État aux Colonies en 1937 et 1938. Engagé volontaire dans la Marine du 23 juin 1939 jusqu’à la formation du régime Pétain, il participe à la Résistance. Après la Libération, il prend part à la reconstruction du Parti radical qu’il représente à l’Assemblée consultative provisoire. Il est élu député aux deux assemblées constituantes de 1945 et 1946, date à laquelle il devient sénateur de la Guyane. Il obtient en 1946 la transformation des « quatre vieilles » colonies en départements français. En 1947, il devient Président du Conseil de la République. Il conserve son mandat à la présidence de la Haute Assemblée en étant président du Sénat de 1959 à 1968. Il a ainsi présidé la Chambre haute du Parlement durant 21 ans. En 1948, il est élu sénateur dans le Lot et conserve ce mandat jusqu’en 1974. Conseiller général du canton de Sousceyrac de 1949 à 1973, il préside le Conseil général du Lot de 1951 à 1970 et conserve son mandat de maire de Saint-Céré de 1964 à 1971. Lorsque De Gaulle propose l’élection du Président de la République au suffrage universel direct, Gaston Monnerville entre dans une opposition définitive à la Vème République. Ayant renoncé, en 1968, à la présidence du Sénat, il continue à exercer son mandat sénatorial, six ans durant. Lorsque survient la scission radicale de 1972, il adhère au Mouvement des radicaux de gauche. En 1974, il entre au Conseil constitutionnel et le quitte neuf ans plus tard.