Окончил 239-ю физико-математическую школу Ленинграда. В 1982 г. в составе команды советских школьников завоевал золотую медаль на Международной математической олимпиаде, проходившей в Будапеште. Был без экзаменов зачислен на математико-механический факультет Ленинградского государственного университета. Побеждал на факультетских, городских и всесоюзных студенческих математических олимпиадах. За успехи в учебе получал Ленинскую стипендию. Окончив с отличием университет, поступил в аспирантуру при Ленинградском (ныне Санкт-Петербургском) отделении Математического института им. В. А. Стеклова РАН. Защитив кандидатскую диссертацию, остался работать в институте.
Григорий Перельман известен работами по теории пространств Александрова, сумел доказать ряд гипотез. В конце 1980-х Перельман приехал в США, где работал в разных университетах. В 1996 г. вернулся в Санкт-Петербург, где работал в Санкт-Петербургском отделении Математического института им. В. А. Стеклова.
В 2002 г. Перельман впервые опубликовал свою новаторскую работу, посвященную решению одного из частных случаев гипотезы геометризации Уильяма Тёрстона, из которой следует справедливость знаменитой гипотезы Пуанкаре. Описанный ученым метод изучения потока Риччи получил название теории Гамильтона–Перельмана.
В июне 2006 г. китайские математики Чжу Сипин и Цао Хуайдун опубликовали статью "Полное доказательство гипотезы Пуанкаре и геометрической гипотезы: применение теории Гамильтона–Перельмана о потоках Риччи", которая необосновано претендует на приоритет доказательства гипотезы Пуанкаре, сформулированной французским математиком, физиком и философом Анри Пуанкаре в 1904 г.
22 августа 2006 г. Григорию Перельману присуждена международная премия "Медаль Филдса" за решение гипотезы Пуанкаре. Однако Перельман отказался от присутствия на церемонии вручения премии. В декабре 2005 г. Григорий Перельман уволился из института, где до последнего времени работал.
Г. Я. Перельман, А. М. Петрунин, “Экстремальные подмножества в пространствах александрова и обобщенная теорема Либермана”, Алгебра и анализ, 5:1 (1993), 242–256; G. Ya. Perel'man, Petrunin, “Extremal subsets in Aleksandrov spaces and the generalized Liberman theorem”, St. Petersburg Math. J., 5:1 (1993), 215–227
Г. Я. Перельман, “Начала теории Морса на пространствах Александрова”, Алгебра и анализ, 5:1 (1993), 232–241; G. Ya. Perel'man, “Elements of Morse theory on Aleksandrov spaces”, St. Petersburg Math. J., 5:1 (1994), 205–213
Ю. Д. Бураго, М. Л. Громов, Г. Я. Перельман, “Пространства А. Д. Александрова с ограниченными снизу кривизнами”, УМН, 47:2(284) (1992), 3–51; Yu. D. Burago, M. L. Gromov, G. Ya. Perel'man, “A. D. Alexandrov spaces with curvature bounded below”, Russian Math. Surveys, 47:2 (1992), 1–58
Г. Я. Перельман, “О $k$-радиусах выпуклого тела”, Сиб. матем. журн., 28:4 (1987), 185–186; G. Ya. Perel'man, “On the $k$-radii of a convex body”, Siberian Math. J., 28:4 (1987), 665–666