Nathan Gillett est titulaire d'un doctorat en physique atmosphérique de l'Université d'Oxford. Après son doctorat, Nathan a travaillé comme post-doc à l'Université de Victoria au Canada sur la détection et l'attribution du changement climatique, avant d'être nommé maître de conférences puis lecteur à l'Unité de Recherche Climatique de l'Université d'East Anglia. En 2008, Nathan est revenu au Canada pour travailler comme chercheur scientifique au Centre canadien de modélisation et d'analyse du climat (CCCma). Il a été nommé cette année directeur du CCCma, où il supervise le développement et l'application du modèle du système terrestre du Canada.
Ses principaux intérêts de recherche portent sur la détection et l'attribution du changement climatique, ainsi que sur l'influence de l'appauvrissement de la couche d'ozone stratosphérique sur le climat. Il a été l'un des principaux auteurs des quatrième et cinquième rapports d'évaluation du GIEC et de l'évaluation de l'ozone OMM/PNUE de 2014.