Gonzaguinha era filho do cantor e compositor pernambucano Luiz Gonzaga e de Odaleia Guedes dos Santos, cantora do Dancing Brasil.

Compôs a primeira canção "Lembranças da Primavera" aos 14 anos, e em 1961, com 16 anos, foi morar em Cocotá com o pai para estudar. Voltou para o Rio de Janeiro para estudar Economia, pela Universidade Cândido Mendes. Na casa do psiquiatra Aluízio Porto Carrero conheceu e se tornou amigo de Ivan Lins. Conheceu também a primeira mulher, Ângela, com quem teve 2 filhos: Daniel e Fernanda. Teve depois uma filha com a atriz Sandra Pêra, a atriz e cantora Amora Pêra. Foi nessa convivência na casa do psiquiatra, que fundou o Movimento Artístico Universitário (MAU), com Aldir Blanc, Ivan Lins, Márcio Proença, Paulo Emílio e César Costa Filho. Tal movimento teve importante papel na música popular do Brasil nos anos 70 e em 1971 resultou no programa na TV Globo Som Livre Exportação.
Característico pela postura de crítica à ditadura, submeteu-se ao DOPS. Assim, das 72 canções mostradas, 54 foram censuradas, entre as quais o primeiro sucesso, Comportamento Geral. Neste início de carreira, a apresentação agressiva e pouco agradável aos olhos dos meios de comunicação lhe valeram o apelido de "cantor rancor", com canções ásperas, como Piada infeliz e Erva. Com o começo da abertura política, na segunda metade da década de 1970, começou a modificar o discurso e a compor canções de tom mais aprazível para o público da época, como Começaria tudo outra vez, Explode Coração, Grito de alerta e O que é o que é, e também temas de reggae, como Nem o pobre nem o rei.

As composições foram gravadas por muitos dos grandes intérpretes da MPB, como Gal Costa, Maria Bethânia, Zizi Possi, Simone, Elis Regina, Fagner, Joanna...

Em 1975 dispensou os empresários e se tornou um artista independente, o que fez em 1986 fundar o selo Moleque, pelo qual chegou a gravar dois trabalhos.

Nos últimos doze anos de vida, Gonzaguinha viveu em Belo Horizonte com a segunda mulher Louise Margarete Martins (Lelete) e a filha deles, a caçula Mariana.

Gonzaguinha morreu aos 45 anos, em 29 de abril de 1991, ao regressar de uma apresentação no Paraná, vítima de acidente automobilístico em uma rodovia no sudoeste daquele Estado.

Dedicou os últimos anos da sua vida a cuidar da obra de seu pai, Luiz Gonzaga.

Cônjuge: Louise Margarete Martins (de 1984 a 1991), Sandra Pêra (de 1981 a 1984), Ângela Porto Carreiro (de 1974 a 1981)
Filhos: Daniel Gonzaga, Amora Pêra, Fernanda Gonzaga, Mariana Gonzaga
Pais: Luiz Gonzaga, Odaléia Guedes dos Santos