Laurent Gamelon doit ses débuts de comédien au Petit Théâtre de Bouvard en 1982.

Il commence sa carrière cinématographique dans P.R.O.F.S aux côtés de Patrick Bruel.

Il enchaîne les seconds rôles notamment chez Patrice Leconte, Francis Veber (Le Placard, Tais-toi !, La Doublure) et Dany Boon (La Maison du bonheur, Rien à déclarer). Son physique et sa voix l'ont longtemps destiné aux rôles de « musclé » ou de « gros bras » : professeur d'EPS (P.R.O.F.S), chauffeur de taxi, bûcheron, etc.

À la télévision, il a joué un rôle récurrent dans quatre saisons de la série Diane, femme flic diffusée sur TF1 et dans quatre saisons de la série Clem. Il retourne exceptionnellement dans la saison 8 de Clem (épisodes 7 et 8).

Au théâtre, il fait partie de la troupe des Brèves de comptoir mise en scène par Jean-Michel Ribes. En 1996, il joue aux côtés de Jean-Paul Belmondo dans La Puce à l'oreille mise en scène par Bernard Murat. Il retravaillera à plusieurs reprises avec Bernard Murat qui trouve en Laurent Gamelon l'interprète idéal pour jouer Feydeau (Tailleur pour dames, Le Dindon). En 2007, il retrouve Francis Veber pour la pièce Le Dîner de cons, suivie en 2014 de l'adaptation théâtrale du Placard.