Presa la licenza liceale si trasferì a Roma e iniziò l’attività di attore con un piccolo ruolo in Via Margutta di Mario Camerini. Dopo una dozzina di film, interpretò il protagonista di  Pronto… c’è una certa Giuliana per te, commedia del 1967 con Mia Medici  e la regia di Massimo Franciosa.

Fu interprete di b-movi e pellicole di rilievo. In totale girò una quarantina di lungometraggi, a partire dagli anni sessanta fino a fine anni ottanta.

Negli anni 2000 apparve in alcuni documentari sul cinema italiano, tra i quali Paura: Lucio Fulci Remembered – Volume 1 (2008), e nel film realizzato con materiali di archivio Not Quite Hollywood: The Wild, Untold Story of Ozploitation! (2008).

Si cimentò anche come cantante apparendo in qualche trasmissione televisiva. Ha inciso nove album dal 1988 al 2010 con canzoni scritte da lui stesso insieme ad autori importanti come Cristiano Malgioglio, Corrado Castellari, Massimiliano Pani, Maurizio Vandelli, Marco Ferradini, Pino D’Angiò e Dario Baldan Bembo. La sua ultima incisione è il singolo L’amore è sole del 2016.

Nel 1998, a oltre trent’anni di distanza dal film Pronto… c’è una certa Giuliana per te, tornò a collaborare con Mita Medici in occasione del singolo Ma che fiesta interpretato in duetto dai due, del quale fu realizzato anche un videoclip che li vide nuovamente insieme sul set.

Gianni Dei è morto il 19 ottobre 2020 a 79 anni.