Dzimis Lejaslužicā (toreiz Vācijā, tagad Polijā), mācītāja ģimenē. Mācījies skolā Zoravā (Žaros). Studēja Drēzdenē, bet no 1818. gada - Leipcigā, kur pavadīja visu atlikušo mūžu. 1834. gadā tika iecelts par fizikas profesoru. 1839. gadā, pētīdams krāsu uztveri un redzi, pats saslima ar acu slimību un atkāpās no amata. Izveseļojies, sāka pētīt cilvēka prāta un ķermeņa savstarpējo mijiedarbību, izlaizdams grāmatas un uzstājoties ar lekcijām. Gustava Fehnera galvainais darbs ir 1860. gadā publicētie "Psihofizikas elementi" (Elemente der Psychophysik), kur cita starpā aprakstīts Vēbera-Fehnera likums. Plaši ieviesis mediānas jēdzienu.