Il coréalise son premier documentaire avec Michel Brault, Les raquetteurs (1958, court métrage), qui marque également les véritables débuts de l’équipe francophone de l’ONF. Après Normétal (1959, c. m.), La France sur un caillou (coréalisation Claude Fournier, 1960, c. m.) et Golden Gloves (1961, c.m.), Gilles Groulx réalise, avec un texte de Paul-Marie Lapointe, une fable poétique sur le monde moderne, Voir Miami... (1963, c. m.). Un jeu si simple (c. m.) obtient le Grand Prix du Festival de Tours en 1964. Suivront Le chat dans le sac (1964), Québec...? (coréalisation Gérald Godin, 1967, c. m.), Où êtes-vous donc [bande de câlisses]? (1968), Entre tu et vous (1969), Place de l’équation (1973, c. m.), 24 heures ou plus... (en collaboration avec Jean-Marc Piotte, 1976) et Primera pregunta sobre la felicidad / Première question sur le bonheur (coproduction Mexique / Canada, 1977). La carrière de Groulx est interrompue par un très grave accident survenu en 1980, à la fin du tournage de Au pays de Zom (1982). En 1985, il obtient le prix Albert-Tessier. Richard Brouillette lui consacre un film, Trop c’est assez (1995). En 1999, on distribue un film muet visiblement inachevé, Les héritiers (1954, c. m.), montage d’images de Montréal où le cinéaste met l’accent sur les contrastes. Gilles Groulx, qui compte parmi les plus grands cinéastes canadiens, est mort à Longueuil en 1994.