Après des études d'histoire et de géographie, Alain Gillot-Pétré débute une carrière de journaliste de télévision en 1972. Il est d'abord rédacteur de politique étrangère et participe aux émissions 24 heures sur la 2, puis 24 heures sur la 1. De 1975 à 1977, il est aussi critique littéraire à France Inter.

De 1981 à 1986, il est chargé du bulletin météo télévisé sur Antenne 2, tout en assurant la chronique météo du quotidien Libération de 1982 à 1986. Il fête ainsi son 2000e bulletin le 17 décembre 1984 sur Antenne 2, au côté de Bernard Rapp.

Début 1986, il entre sur la nouvelle chaîne privée La Cinq pour y présenter un jeu, C'est beau la vie. L'émission est un échec, il est licencié au bout de 8 mois.

À partir de décembre 1987, il présente à nouveau la météo à l'écran de TF1, devenue entre-temps une chaîne privée.

Le 1er juin 1998, alors qu'il présente son 8986e bulletin, il est victime d'un malaise en direct devant plus de 5 millions de téléspectateurs. Il reprendra son activité 4 mois plus tard mais n'apparaît plus irrégulièrement.

Il aurait dû présenter le dernier bulletin de l'année 1999 et le premier de l'an 2000 mais sa maladie en a décidé autrement. À 13h45, le vendredi 31 décembre 1999, c'est Catherine Laborde qui présente le bulletin de TF1, "Il souhaitait tellement être là pour présenter cette émission du 31".

Alain Gillot-Pétré aura présenté plus de 9000 bulletins météo, écrit 11 livres et tourné un épisode de Maguy. Il a aussi chanté une chanson : "Fréquence météo"

À sa mort, survenue durant le réveillon du 31 décembre 1999, ses très nombreux fans et téléspectateurs apprendront qu'il souffrait d'un cancer depuis plusieurs années et se savait condamné. Les téléspectateurs lui avaient décerné à cinq reprises le trophée du meilleur présentateur météo. "Gillot" avait au cours de sa longue carrière imposé un ton nouveau et révolutionné le concept et la présentation du journal météo. Il avait notamment introduit les nouvelles techniques d'imagerie électronique, comme la photo satellitaire, et remplacé le bulletin monocorde par l'information et la narration émaillée d'histoires drôles.

Alain Gillot-Pétré parcourait aussi le monde pour l'observation des ouragans et cyclones, au sein d'un groupe de neuf personnes qu'il avait fondé et dont les membres portaient le surnom d'un cyclone célèbre. Le sien était « Hugo ».

Il est aussi l'auteur de plusieurs ouvrages de vulgarisation, comme La Météo et ses secrets (1982), Le bon emploi du temps (1984), Du vent dans la tête (1989), et surtout Les charlatans du Ciel (1994). Il n'a jamais accepté de révéler l'origine de sa passion pour la météorologie.