Gustav Trolle tilhørte Trolle-slægten, som havde medlemmer i både Danmark og Sverige. Han var fætter til Herluf Trolle.
Gustav Trolle blev svensk ærkebiskop i Uppsala i 1514 og tilhørte det unionsvenlige parti i Sverige. Derved var han i opposition til Sten Sture den Yngre, som tog ham til fange i 1517 og nedbrændte bispegården, Stäket. I 1520 blev Gustav Trolle løsladt i forbindelse med det danske felttog til Sverige og i november samme år fremførte han anklager om kætteri over sine modstandere ved Christian 2‘s kroningsfest på Stockholms Slot. Han blev også sagens dommer, og stod som den formelt ansvarlige for Det stockholmske Blodbad, selv om det jo var kongen, som stod bag.
Gustav Trolle blev genindsat som ærkebiskop i Uppsala, men efter det svenske oprør flygtede han til Danmark i 1521. Han opholdt sig i udlandet efter Gustav Vasas overtagelse af kongemagten i Sverige. Her var han fortsat Christian 2’s mand, og i 1530 rejste han til Trondhjem forklædt som bådsmand. Her indviede han den katolske ærkebiskop Olav i Christans planer om at generobre Danmark og Norge og genindføre katolicismen. I 1534 blev biskop i Odense under Frederik 1, som han personligt kronede til Danmarks konge i 1524. I 1534 blev han indsat som biskop i Roskilde af Christoffer af Oldenburg. Han deltog i slaget ved Øksnebjerg i 1534, hvor han blev dræbt af Johan Rantzaus styrker. Han ligger begravet i Slesvig Domkirke.