Iniciou os seus estudos en Landskrona para logo inscribirse na facultade de medicina da Universidade de Uppsala e graduarse na Universidade de Estocolmo en 1888. En 1891, obtivo o nomeamento como profesor docente na área de Oftalmoloxía no Instituto Karolinska, en 1894 a xefatura de Oftalmoloxía na Universidade de Uppsala. Abandonou a cirurxía oftalmolóxica en 1914, para dedicarse á investigación sobre instrumentos ópticos como Profesor de Fisioloxía Óptica na mesma universidade.
Gullstrand contribuíu cumpridamente á oftalmoloxía clínica e á cirurxía oftalmolóxica mediante as súas teorías e investigacións: Deseñou a lámpada de hendidura e o oftalmoscopio libre de reflexo, desenvolveu técnicas cirúrxicas para o tratamento do simbléfaron e unhas lentes correctoras para empregar despois das intervencións de cataratas e redefiniu a teoría da acomodación.
Foi galardoado co Premio Nobel de Medicina en 1911 polas súas investigacións matemáticas sobre a refracción da luz a través do medio transparente do ollo vivo. Gullstrand foi o único individuo que rexeitou e aceptou un premio Nobel o mesmo ano. Ademais de ser un oftalmólogo clínico, tamén foi un brillante investigador.
