Le circuit est situé sur l'île Notre-Dame, une île artificielle du fleuve Saint-Laurent. Il fait partie de la ville de Montréal, qui s'appelait à l'origine le circuit de l'île Notre-Dame. Il a été rebaptisé en l'honneur du pilote de Formule 1 canadien Gilles Villeneuve, suite à son décès en 1982. Gilles est le père de Jacques Villeneuve. Le site a accueilli le Grand Prix Champ Car World Series de Montréal de 2002 à 2006.
Des obstacles se dressent à proximité du circuit et de nombreux pilotes expérimentés s'y sont fait prendre. Une partie célèbre du circuit est le mur à l'extérieur de la sortie de la chicane finale. Sur ce mur est peint le slogan "Bienvenue au Québec". Il a donné le surnom de "Mur du Québec". En 1999, le mur a mis fin à la course de trois champions du monde de Formule 1, Damon Hill, Michael Schumacher et Jacques Villeneuve. Le champion FIA GT Ricardo Zonta s'est également écrasé contre le mur. Depuis lors, le mur a été surnommé "Le mur des champions". Parmi les autres pilotes qui se sont écrasés contre le mur figurent Jenson Button, Fernando Alonso et Juan Pablo Montoya.
Les bordures menant à la chicane finale ont été relevées en 2005. Les nouveaux trottoirs étaient plus difficiles à voir pour les conducteurs, ce qui rendait la chicane encore plus difficile.
Le 23 juin 2006, la Presse Canadienne a rapporté que la ville de Montréal avait accordé à Normand Legault le droit d'organiser les week-ends de course sur la piste. Legault est le promoteur de la course de Formule 1. L'accord est valable jusqu'en 2011, avec une option pour 2016. Legault a décidé de remplacer la course Champ Car par des courses de la série Rolex de la Grand American Road Racing Association et de la série Nationwide de la NASCAR. Ce serait la première course de la NASCAR au Canada. Le 4 août 2007, Kevin Harvick est entré dans l'histoire en remportant la première course de la Nationwide Series (alors appelée Busch Series) sur le circuit Gilles Villeneuve.
Les courses de NASCAR ont modifié le tracé du circuit. Les couloirs des stands ont été agrandis. Le couloir des stands de la NASCAR doit accueillir au moins 43 voitures.
Dans le cadre du Parc Jean-Drapeau, le Circuit est ouvert aux visiteurs, entre les courses, pour la marche, la course, le vélo, le patin à roues alignées, etc. Pendant les quelques jours du Grand Prix, l'île Notre-Dame est l'un des endroits les plus bruyants de Montréal. Pendant les quelques jours du Grand Prix, l'île Notre-Dame est l'un des endroits les plus bruyants de Montréal. À peu près à tout autre moment de l'année, elle est l'une des plus tranquilles, étant située au milieu d'un fleuve, sur une île remplie de verdure et d'animaux, de joggers et de cyclistes.
