Gallo olasz bevándorló családból származik, orvosi diplomáját 1963-ban szerezte meg. Tudományos pályáját rákkutatóként kezdte, döntését nagyban befolyásolta, hogy egyik nővére leukémiában halt meg. Idővel a retrovírusok tanulmányozására tért át - ezek olyan viszonylag összetett felépítésű vírusok, amelyek örökítő anyagukat nem DNS, hanem RNS formában tárolják, s ezt "írják át" DNS-re, amelyet aztán a megfertőzött sejt genomjába illesztenek. Az élővilágban példátlan módon tehát a DNS-RNS átírást visszafelé végzik, innen származik nevük is. Gallónak sikerült az emberi immunreakcióban részt vevő T-sejteket életben tartania és az ezt fertőző leukémiavírust (HTLV) azonosítania. Ezzel két jelentős felfedezést is tettek: bebizonyították, hogy az emberi szervezetben is lehet retrovírus, és hogy vírus okozhat rákot.
Gallo figyelme ezután fordult az AIDS felé. A The New York Times 1981-ben adott hírt egy titokzatos betegségről, amely a New York-i és kaliforniai homoszexuális férfiak között szedte áldozatait, akik a tüdőgyulladás egy ritka fajtájával és a Kaposi-szarkómának nevezett daganattal jelentkeztek a kórházakban. A betegség azonban nem sokkal később a drogosok, a heteroszexuálisok és a vérátömlesztésen átesettek körében is megjelent, s 1983-ra a világ 33 országából jelentettek eseteket. (Ma úgy vélik, a kórt elterjesztő "nulladik beteg" egy kanadai férfi légi kísérő volt, aki az 1982 tavaszáig diagnosztizált 248 beteg közül legalább 40-nel létesített szexuális kapcsolatot.)
A rejtélyes új betegség kórokozója után hajsza indult. Gallo és csoportja 1984. május 4-én publikálta a Science című folyóiratban cikkét, amely szerint az AIDS-es betegekből elkülönített, általuk HTLV-IIIB névre keresztelt retrovírus okozza a betegséget. Ugyanakkor a lap egy évvel korábbi, 1983. május 20-i számában már megjelent a párizsi Pasteur Intézetben dolgozó, Luc Montagnier által vezetett csoport közleménye. Ők egy AIDS-ben szenvedő beteg szervezetéből elkülönített, általuk LAV-nek nevezett retrovírust írtak le, amely hatékonyan szaporodott T-sejtekben, de ezzel egy időben el is pusztította azokat. Évekkel később derült ki, hogy egymástól függetlenül mindketten a HIV vírust fedezték fel. Az amerikai kutatók érdeme volt, hogy nekik sikerült a retrovírust szervezeten kívüli sejtkultúrában fenntartani és szaporítani, ami lehetővé tette a vírus kimutatását szolgáló tesztek kidolgozását. (A betegséget magát 1982-ben nevezték el szerzett immunhiányos tünetegyüttesnek, ennek angol rövidítése az AIDS, a vírust pedig 1986-ban egy független bizottság emberi immunhiányt előidéző vírusnak - HIV).
A két csoport a kutatás időszakában együttműködött, rendszeres volt köztük a minták cseréje. A felfedezés után azonban összevesztek az elsőség kérdésén, olykor kifejezetten kicsinyes vitába bonyolódtak. Amikor ugyanis 1985-ben mindkét csapat közzétette az egyébként igen gyorsan mutálódó vírus genetikai mintáját, az szinte teljesen megegyezett, tehát az amerikai tudósok a franciák által küldött mintából ugyanazt a vírust izolálták. Még a szándékos lopás vádja is felmerült, ezt azonban a későbbi vizsgálatok teljesen kizárták. A konfliktust végül kormányszinten oldották meg: az 1987-ben született megállapodás az AIDS-tesztből származó bevételeket egyenlő arányban osztotta fel, Gallo és Montaignier pedig "társfelfedezőnek" minősült. Ma már bizonyos, hogy az elsőség Montaignier-t illeti, az ő munkája viszont sokban támaszkodott Gallo felfedezéseire és módszereire.
Az orvosi Nobel-díjat mindenesetre 2008-ban a francia Françoise Barré-Sinoussi és Luc Montagnier kapta a "humán immundeficiencia vírus felfedezésért", megosztva a méhnyakrákot okozó humán papilloma vírust felfedező német Harald zu Hausennel. A bizottság óriási vihart kavaró döntését indokolva kifejtette: nem Gallót mellőzték, hanem a szabályokat alkalmazták, amelyek az elsőséget díjazzák, és nem is teszik lehetővé háromnál több tudós kitüntetését egy évben. Mások ezt másként látták: még Montagnier is "meglepetését" fejezte ki, az amerikai Science pedig a díjazottakat bemutató cikkében legtöbbször Gallo nevét írta le.