Professore di Estetica presso le Università degli Studi di Milano, di Cagliari e di Trieste, nel 1948 fondò, insieme ad Atanasio Soldati, Galliano Mazzon, Gianni Monnet e Bruno Munari, il Movimento per l'arte concreta (MAC), del quale contribuì a precisare le posizioni attraverso una prolifica produzione di articoli, saggi e manifesti artistici.[5] Per tutti gli anni cinquanta prende parte a numerose mostre del MAC, in Italia e all'estero: espone i suoi dipinti alla Libreria Salto di Milano nel 1949[6] e nel 1950 e in numerose collettive, tra le quali la mostra del 1951 alla Galleria Bompiani di Milano,[7] l'esposizione itinerante in Cile e Argentina nel 1952, e la grande mostra Esperimenti di sintesi delle arti, svoltasi nel 1955 nella Galleria del Fiore di Milano.
Nel 1954 risulta componente di una sezione italiana del gruppo ESPACE. Nel 1956 diede il suo contributo alla realizzazione dell'Associazione per il disegno industriale. Si dedicò quindi in maniera pressoché esclusiva all'attività critica sino a metà degli anni ottanta[8]. Solo nel 1986, con la personale presso lo Studio Marconi di Milano, tornò a rendere pubblica la propria produzione pittorica, che ha coltivato anche negli anni successivi.[5]
Nel 1992 si candida alla Camera dei deputati con la Lista Marco Pannella nella circoscrizione di Roma-Viterbo-Latina-Frosinone: ottiene solo 74 voti e non viene eletto[9].
«L'arte non prescinde dal tempo per esprimere semplicemente lo spirito della Storia universale, bensì è connessa al ruolo delle mode e a tutti gli ambiti del gusto.[10]»
Considerevole è stato il suo contributo allo sviluppo dell'estetica italiana del dopoguerra, a partire dal Discorso tecnico delle arti (1952), cui hanno fatto seguito tra gli altri Il divenire delle arti (1959) e Nuovi riti, nuovi miti (1965). Nelle sue indagini critiche sull'arte contemporanea Dorfles si è sovente soffermato ad analizzare l'aspetto socio-antropologico dei fenomeni estetici e culturali, facendo ricorso anche agli strumenti della linguistica. È autore di numerose monografie su artisti di varie epoche (Bosch, Dürer, Feininger, Wols, Scialoja); ha inoltre pubblicato due volumi dedicati all'architettura (Barocco nell'architettura moderna, L'architettura moderna) e un famoso saggio sul disegno industriale (Il disegno industriale e la sua estetica, 1963).
Dorfles è il primo, già nel 1951, a vedere tendenze barocche nell'arte moderna (il concetto di neobarocco sarà poi concettualizzato nel 1987 da Omar Calabrese) riferendole all'architettura moderna in: Barocco nell'architettura moderna[11]. Nel 1995 contribuisce al Manifesto dell'antilibro, presentato ad Acquasanta in provincia di Genova, in cui esprime la valenza artistica e comunicativa dell'editoria di qualità e il ruolo del lettore come artista.
A Genova si occupa anche del lavoro del pittore Claudio Costa.
Il 20 settembre 2003 partecipa alla presentazione del libro Materia Immateriale, biografia di Claudio Costa, a cura di Miriam Cristaldi, di cui Dorfles ha scritto la prefazione[12]. L'editore Castelvecchi ha pubblicato Horror Pleni. La (in)civiltà del rumore (2008), in cui analizza come la «scoria massmediatica» dei nostri tempi abbia soppiantato le attività culturali; Conformisti (2009) e Fatti e Fattoidi (2009). Nel 2009 pubblica un inedito d'eccezione: Arte e comunicazione, in cui mette la teoria alla prova con alcune applicazioni concrete particolarmente rilevanti e problematiche come il cinema, la fotografia, l'architettura.[13]
Il 24 marzo 2010 è uscito Irritazioni - Un'analisi del costume contemporaneo, uscito nella collana Le navi dell'editore Castelvecchi. Con la sua ironia Dorfles ha raccolto le prove della sua inconciliabilità con i tempi che corrono. Nel libro c'è una critica sarcastica e corrosiva all'attuale iperconsumismo. Nel settembre 2010, Comunicarte Edizioni, pubblica 99+1 risposte di Gillo Dorfles nella collana Carte Comuni. Un'intervista "lunga un secolo" con la quale il critico ripercorre la sua vita e alcuni incontri d'eccezione: da Italo Svevo a Andy Warhol, da Leo Castelli a Leonor Fini.
Il 13 gennaio 2017 la Triennale di Milano ospita la mostra Vitriol, disegni di Gillo Dorfles 2016 a cura di Aldo Colonetti e Luigi Sansone; Vitriol è un simbolo alchemico, acronimo del motto rosacrociano “Visita Interiora Terrae Rectificando Invenies Occultum Lapidem” (Visita l'interno della terra, operando con rettitudine troverai la pietra nascosta)[14].
Era zio di Piero Dorfles, critico letterario della trasmissione televisiva Per un pugno di libri (il padre di Piero, Giorgio, era fratello di Gillo).[19]
Tra i riconoscimenti ricevuti: Compasso d'oro dell'associazione per il design industriale (ADI), Medaglia d'oro della Triennale, Premio della critica internazionale di Gerona, Franklin J. Matchette Prize for Aesthetics. È stato insignito dell'Ambrogino d'oro dalla città di Milano, del Grifo d'Oro di Genova e del San Giusto d'Oro di Trieste.
Barocco nell'architettura moderna, Collana studi monografici d'architettura n.2, Libreria Editrice Politecnica Tamburini, 1951, pp. 96, 66 illustrazioni.
Discorso tecnico delle arti, Collana Saggi di varia umanità, Pisa, Nistri-Lischi, 1952. - Collana Il pensiero dell'arte, Milano, Marinotti, 2004, ISBN 978-88-827-3050-5.
L'architettura moderna, Collana serie sapere tutto, Milano, Garzanti, 1954.
Le oscillazioni del gusto e l'arte moderna, Collana Forma e vita, Milano, Lerici, 1958.
Il divenire delle arti, Collana Saggi n.243, Torino, Einaudi, 1959. - IV ed. accresciuta, Torino, Einaudi, 1967; Collana Reprints n.63, Einaudi, 1975; Bompiani, 1996.
Artificio e natura, Collana Saggi n.426, Torino, Einaudi, 1968. - Milano, Skira, 2003, ISBN 978-88-572-1601-0.
Le oscillazioni del gusto. L'arte d'oggi tra tecnocrazia e consumismo, Collana Piccola Biblioteca n.137, Torino, Einaudi, 1970. - Milano, Skira, 2004, ISBN 978-88-849-1905-2.
Senso e insensatezza nell'arte d'oggi, ellegi edizioni, 1971.
L'architettura moderna. Le origini dell'architettura contemporanea • I quattro grandi: Wright, Le Corbusier, Gropius, Mies van der Rohe • Dall'espressionismo all'organicismo «razionalizzato», dall'«ornamented modern» al brutalismo, ai più avveniristici tentativi attuali, Collana I Garzanti, Milano, Garzanti, 1972.
Dal significato alle scelte, Collana Saggi n.517, Torino, Einaudi, 1973. - a cura di Massimo Carboni, Collana I Timoni, Roma, Castelvecchi, 2010, ISBN 978-88-761-5508-6.
Il divenire della critica, Collana Saggi n.563, Torino, Einaudi, 1976.
Le buone maniere, Milano, Mondadori, 1978.
Mode & Modi, Collana Antologie e saggi n.10, Milano, Mazzotta, 1979. - II ed. riveduta, Mazzotta, 1990.
Introduzione al disegno industriale. Linguaggio e storia della produzione di serie, Collana Piccola Biblioteca n.181, Torino, Einaudi, 1980.
I fatti loro. Dal costume alle arti e viceversa, Collana Saggi, Milano, Feltrinelli, 1983.
Architettura ambigue. Dal Neobarocco al Postmoderno, Bari, Dedalo, 1984.
La moda della moda, Collana I turbamenti dell'arte n.8, Genova, Edizioni Costa & Nolan, 1984. - La (nuova) moda della moda), Costa & Nolan, 2010, ISBN 978-88-743-7080-1.
Itinerario estetico, Collezione Biblioteca n.52, Milano, Studio Tesi, 1987. - Itinerario estetico. Simbolo mito metafora, a cura di Luca Cesari, Bologna, Editrice Compositori, 2011, ISBN 978-88-779-4733-8.
Il feticcio quotidiano, Collana Campi del sapere, Milano, Feltrinelli, 1988, ISBN978-88-07-10104-5. - a cura di Massimo Carboni, Collana I Timoni, Roma, Castelvecchi, 2012, ISBN 978-88-761-5439-3.
Intervista come autopresentazione, con VII tavole di Giulio Paolini, Collana Scritti dall'arte, Tema Celeste Edizioni, 1992.
Preferenze critiche. Uno sguardo sull'arte visiva contemporanea, Nuova Biblioteca, Bari, Dedalo, 1993, ISBN978-88-220-6142-3.
Design: percorsi e trascorsi, Collana Design e comunicazione, Bologna, Lupetti, 1996, ISBN978-88-86302-80-7. - Nuova ed. aggiornata, a cura di Fulvio Carmagnola, Lupetti, 2010.
Fatti e fattoidi. Gli pseudoeventi nell'arte e nella società, Vicenza, Neri Pozza, 1997. - a cura di Massimo Carboni, Roma, Castelvecchi, 2009, ISBN 978-88-761-5335-8.
Irritazioni. Un'analisi del costume contemporaneo, Collana Attraverso lo specchio, Luni, 1997, ISBN978-88-7984-046-0. - a cura di Massimo Carboni, Collana I Timoni, Roma, Castelvecchi, 2010, ISBN 978-88-761-5383-9.
Scritti di Architettura (1930-1998), a cura di L. Tedeschi, Milano, Mendrisio Academy Press, 2000, ISBN978-88-87624-09-0.
Gillo Dorfles-Flavia Puppo, Dorfles e dintorni, Collana Le vele, Milano, Archinto, 2005, ISBN978-88-7768-429-5.
Horror Pleni. La (in)civiltà del rumore, Collana I Timoni, Roma, Castelvecchi, 2008, ISBN978-88-7615-225-2.
Arte e comunicazione. Comunicazione e struttura nell'analisi di alcuni linguaggi artistici, Collana Saggi, Milano, Mondadori Education, 2009, ISBN978-88-370-7059-5.
Inviato alla Biennale, a cura di A. De Simone, Milano, Scheiwiller, 2010, ISBN978-88-7644-632-0.
99+1 risposte, a cura di Lorenzo Michelli, Trieste, Comunicarte Edizioni, 2010, ISBN978–88–6287–055–9.
Movimento Arte Concreta (1948-1958), a cura di Luigi Sansone e N. Ossanna Cavadini, Milano, Mazzotta, 2010, ISBN978-88-202-1952-9.
L'ascensore senza specchio, Quaderni di prosa e di invenzione n.9, Milano, Edizioni Henry Beyle, 2012.
Kitsch: oggi il kitsch, a cura di Aldo Colonetti et al., Bologna, Editrice Compositori, 2012, ISBN978-88-7794-771-0.
Arte con sentimento. Conversazione con Gillo Dorfles, a cura di Marco Meneguzzo, Collana Polaroid, Milano, Medusa Edizioni, 2014, ISBN978-88-7698-300-9.
La mia America, a cura di Luigi Sansone, Milano, Skira, 2018, ISBN978-88-572-3807-4.
Estetica dovunque, Introduzione di Massimo Cacciari, Nota di Umberto Eco e un Dialogo di Aldo Colonnetti, Collana Tascabili. Saggi, Milano-Firenze, Bompiani, 2022, ISBN978-88-301-0964-3. [contiene: Artificio e natura, Intervallo perduto, Elogio della disarmonia, Horror pleni]
Abbecedario, Prefazione di Piero e Giorgetta Dorfles, Collana Illustrati, Milano-Firenze, Bompiani, 2021, ISBN978-88-301-0417-4.
L'imprevedibile disarmonia dell'arte. Opere dal 1940 al 2011, a cura di Giulia Tolino, Roma, Aleandri, 2022.
^Dioguardi Gianfranco, Processo edilizio e progetto: vecchi attori alla ricerca di nuovi ruoli, Milano : Franco Angeli, Studi organizzativi. Fascicolo 2, 2005
^Addio ad Alma Dorfles, signora di cultura, su ilpiccolo.gelocal.it, Il Piccolo, 4 aprile 2013. URL consultato il 5 marzo 2018 (archiviato dall'url originale il 5 marzo 2018).