Gunnar Sønstevold var en ledende komponist i sin samtid. Han var også en av dem som hadde stor betydning i bakgrunnen i musikklivet, en som kunne inspirere og tilrettelegge og komme med noe nytt.
Sønstevold flyttet til Oslo i 20-årsalderen for å forberede en debut som konsertpianist. Han fikk klaverundervisning hos Erling Westher og Nils Larsen. Sønstevold, som også spilte fiolin og saksofon, livnærte seg som restaurantmusiker, og 1934–38 var han medlem av kvartetten Funny Boys, landets mest kjente jazzband, med vellykkede turneer i flere land. Samtidig tok han timer i teori og komposisjon hos Karl Andersen, som var en anerkjent lærer.
Da Sønstevold 1940 kom som flyktning til Stockholm, ble han etter hvert elev hos komponisten Hilding Rosenberg, lærer for mange av de unge modernistene i Sverige. Rosenberg trakk ham inn i den såkalte Måndagsgruppen, en uformell gruppe radikale unge musikere, komponister og musikkforskere som arrangerte konserter og diskusjonsaftener.
I Stockholm begynte Sønstevold å skrive musikk for film og teater, og han fortsatte med filmmusikk da han kom tilbake til Oslo. Med økende norsk filmproduksjon ble det stadig nye oppdrag. Særlig tett var samarbeidet med regissøren Arne Skouen; de samarbeidet om i alt 11 filmer. 1955 fikk Sønstevold Filmkritikerprisen for årets beste innsats for musikken til Det brenner i natt. Mest kjent er nok Ni liv (1957), som senere ble kåret til tidenes beste norske film. Musikken er ikke bare stemningsskapende og fortellende, men i flere av filmene er en symfonisk tankegang til stede. Sønstevold komponerte også teatermusikk, og i musikken til Stormen av Shakespeare 1957 benyttet han elektroniske lyder. Det var første gang slike virkemidler ble brukt i Norge. Året etter benyttet han elektrofoni også i Radioteatret.
Denne moderne, eksperimenterende siden av Sønstevold gikk alltid sammen med hans kreativitet og selvkritikk av både uttrykk og idiom i hans andre komponistkarriere: musikk for konsertsal og hjem. De første overleverte komposisjonene hans stammer fra krigsårene i Sverige og de første årene tilbake i Norge. Listen omfatter sanger, balletter og kammermusikk (bl.a. en strykekvartett og en blåsekvintett), og han omarbeidet musikken til filmen om Roald Amundsen til sin Sinfonietta (1949). En del av filmmusikken fra 1950-årene ble også omarbeidet. Saksofonkonserten, som fikk sin uroppførelse 1962, er klippet ut fra musikken til Det brenner i natt (1955). Det er også interessant at Sønstevold, som var en sentral skikkelse innen jazzmiljøet, ikke tar med seg jazzpreget musikk inn i sine komposisjoner utenom i partier hvor jazz inngår direkte i den dramatiske handlingen. Han forblir etterkrigsmodernist med innslag av både europeisk neoklassisisme og atonale toneganger.
Under et opphold i USA fant Sønstevold ut at han ønsket mer skolering. 1960 flyttet hele familien til Wien og ble innskrevet ved musikkakademiet. Sønnen Knut utdannet seg til fagottist, datteren Elisabeth til harpist, og foreldrene studerte teori og komposisjon. Sønstevold ble der i seks år og studerte med Hanns Jelinek og Karl Schiske. Jelinek la vekt på tolvtoneteknikk, som Sønstevold allerede hadde brukt en del, og på kontrapunkt – på tilsvarende måte som Rosenberg hadde undervist ut fra den klassiske polyfonien. Sønstevold ble mer enhetlig i sin stil og i uttrykket, og han benyttet bredere og større former i verkene. Samtidig oppdaget han den nye musikksosiologien, og sammen med Kurt Blaukopf skrev han Musik der einsamen Masse om slagerplater.
1966–74 var Sønstevold sjef for musikkavdelingen i NRK/Fjernsynet. Han så mulighetene for å utvikle mediets egenart som informasjonskanal så vel som formidler av kunst, og ikke minst lot han kreative krefter innen eksperimentell musikk, ballett og drama få utfolde seg ved siden av tradisjonelle overføringer. Sammen med sin kone startet han en interkommunal musikkskole i Østfold, som de drev på idealistisk grunnlag. De ville at folk skulle møte musikk av høy kvalitet i nærmiljøet. Denne tankegangen finnes også i hans største verk, Litani i Atlanta (1971) for kor, solister og orkester, skrevet til minne om jazztrompeteren Louis Armstrong. Verket finnes i to varianter og kan fremføres av profesjonelle eller en blanding av profesjonelle og amatører, og musikken har innslag av improvisert jazz.
Sønstevold er nok mest kjent for den karakteristiske og livlige musikken han skrev sammen med sin kone for Radioteatret i NRK 1962: suksessen Dickie Dick Dickens. Ekteparet skrev også betagende musikk til Benoni og Rosa (1975), Per Bronkens fjernsynsserie over Knut Hamsuns tekst. Men Gunnar Sønstevold ville også skrive eksperimentell musikk, ofte for litt utradisjonelle besetninger, som tre pianister i Det doriske bur (1964), to slagverkere og to pianister/organister i Crico (1977), og Konsert for obo, harpe og orkester (1978).
Gunnar Sønstevold mottok flere utmerkelser, i tillegg til Filmkritikerprisen, bl.a. Norsk kulturråds musikkpris 1972 og Radioteatrets ærespris “Blå fugl” 1987. Samme år var han valgt til festspillkomponist ved Festspillene i Bergen.