Né Juan Vincent Apablasa Jr., John Gavin est de descendence mexicaine, chilienne et espagnole, et parlait couramment l'espagnol. Son père, Juan Vincent Apablasa, est d'origine chilienne, et ses ancêtres paternels, dont Cayetano Apablasa, étaient parmi les premiers propriétaires fonciers en Californie alors encore sous domination espagnole. La mère de John Gavin, Delia Diana Pablos, est issu de la famille historiquement influente Pablos dans l'État mexicain de Sonora. Environ deux ans après la naissance de John Gavin, sa mère a obtenu le divorce. Son second mariage a permis à Ray Golenor d'adopter John et a changé son nom en John Anthony Golenor. John Gavin est le jeune premier romantique de l'après-guerre.

D'une grande beauté, dans la lignée de Cary Grant (moins l'humour) et Rock Hudson, il est choisi par Douglas Sirk (qui consacra Hudson) pour être le héros de deux mélodrames brillants : Le Temps d'aimer et le Temps de mourir, une adaptation d'un roman de Erich Maria Remarque, et Mirage de la vie, où il a pour partenaire Lana Turner. En 1960, il figure en bonne place dans Spartacus de Stanley Kubrick et dans Psychose d'Alfred Hitchcock.

Partenaire romantique de Doris Day (Piège à minuit), puis de Sophia Loren (Scandale à la cour) et de Susan Hayward (Histoire d'un amour), sa carrière de jeune premier se marginalise dès 1961 et menace de sombrer dans la mièvrerie, car il est régulièrement associé à Sandra Dee, notamment dans Romanoff et Juliette de Peter Ustinov, une adaptation parodique de Shakespeare où il joue un Roméo devenu le fils d'un ambassadeur russe. John Gavin accepte alors des rôles plus diversifiés. Il interprète, en 1967, le rôle-titre dans Pedro Páramo, un film mexicain réalisé par Carlos Velo d'après le roman éponyme de Juan Rulfo, puis accepte d'être Hubert Bonisseur de La Bath dans Pas de roses pour OSS 117 du Français André Hunebelle en 1968 et, l'année suivante, fait partie de la distribution internationale de La Folle de Chaillot, tourné en Grande-Bretagne, ce qui constitue son baroud d'honneur. Il ne tournera plus ensuite qu'une poignée de films pour le cinéma, d'horreur en général, dont La casa de las sombras au côté d'Yvonne De Carlo en 1976. Cependant, en 1971, les producteurs de James Bond annonce que Gavin succède à George Lazenby dans le rôle titre mais finalement, suite aux démarches de David Picker de la United Artists, c'est Sean Connery qui reprendra le rôle pour Les diamants sont éternels.

Sa carrière à la télévision s'avère très décevante : des participations à Mannix, La croisière s'amuse et, plus tard, L'Île fantastique et Pour l'amour du risque (ses deux derniers rôles). Seule exception notable : il prête ses traits séduisants pour incarner Cary Grant dans la biographie télévisée de Sophia Loren, avec celle-ci dans son propre rôle.

D'un père d'origine irlandaise et de mère mexicaine, il parle couramment l'espagnol. Il sera nommé ambassadeur des États-Unis au Mexique par son ami le président Ronald Reagan en mai 1981.

John Gavin meurt le 9 février 2018 à l’âge de 86 ans.

Divorcé de Cicely Evans, avec laquelle il a eu deux filles, John Gavin est marié de 1974 à sa mort avec l'actrice Constance Towers.

1959 - Golden Globe - Meilleur espoir masculin, États-Unis.

1959 - Laurel d’Or - Meilleure nouvelle personnalité masculine, États-Unis.