Il s’oriente tôt vers des études mêlant astrophysique et mathématiques. A l’École normale supérieure de Saint-Cloud, il a l’intention de percer les mystères de l’Univers. Titulaire en 1992 d’une thèse en astrophysique, Éric Gourgoulhon intègre l’Observatoire de Paris en tant que chercheur CNRS (aujourd’hui au Laboratoire Univers et théories, site de Meudon). Ses travaux issus de la relativité générale contribuent à interpréter les données des télescopes et des détecteurs d’ondes gravitationnelles dans le but de « comprendre la physique des astres compacts comme les étoiles à neutrons et les trous noirs ». Auteur de deux ouvrages sur la relativité restreinte et les fondements de la relativité numérique, Éric Gourgoulhon participe au lancement, en 2001, de la bibliothèque Langage Objet pour la Relativité Numérique LORENE au niveau international. La mise en service à l’horizon 2014 d’un arsenal d’observatoires terrestres et spatiaux performants permettra à l’astrophysicien de tester le comportement de la matière et de la lumière dans les champs gravitationnels forts. Avec en ligne de mire : « l’obtention de la première image du trou noir situé au centre de notre galaxie ».