À 18 ans, le jeune Toulousain est admis au Cours Jean Périmony à Paris. En 1982, il intègre l’École nationale supérieure des arts et techniques du théâtre. Avant son entrée à la Comédie-Française, Christian Gonon est remarqué pour ses interprétations du comte de Guiche dans Cyrano de Bergerac de Rostand dirigé par Jérôme Savary en 1983, de d’Artagnan dans Les Trois Mousquetaires par Jean-Louis Martin-Barbaz (prix Jean Marais du meilleur comédien en 1991) et de Lacroix dans La Mort de Danton de Büchner mise en scène par Philippe Lanton en 1998. Après avoir joué Eilif dans Mère Courage et ses enfants de Brecht mise en scène par Jorge Lavelli, Christian Gonon entre à la Comédie-Française le 1er juillet 1998, dont il devient sociétaire le 1er janvier 2009. Il se distingue dans de nombreux rôles, parmi lesquels Maxime dans Cinna de Corneille mis en scène par Simon Eine, Bassanio dans Le Marchand de Venise dirigé par Andrei Serban, l’Homme et le Renard dans Fables de La Fontaine sous la direction de Robert Wilson, Cassius dans Tête d’or de Paul Claudel par Anne Delbée, De Ciz dans Partage de midi du même auteur dirigé par Yves Beaunesne, Gremio dans La Mégère apprivoisée de Shakespeare mise en scène par Oskaras Koršunovas. Il joue dans Ubu roi de Jarry sous la direction de Jean-Pierre Vincent et dans Un fil à la patte de Feydeau sous celle de Jérôme Deschamps. Denis Podalydès le dirige à deux reprises: dans Cyrano de Bergerac de Rostand puis dans sa version de Lucrèce Borgia de Victor Hugo. Plus récemment Christian Gonon joue dans les spectacles d’Éric Ruf (il est Tybalt dans Roméo et Juliette de Shakespeare), de Katharina Thalbach (La Résistible Ascension d’Arturo Ui de Brecht), de Lars Norén (qui crée Salle Richelieu sa dernière pièce, Poussière) ou encore de Clément Hervieu-Léger (L’Éveil du printemps de Wedekind).
Au cinéma, il tourne, entre autres, sous les directions de Sébastien Gabriel dans Et si je parle (2005) et de Guillaume Georget dans Les hommes sont des rêves (2011), ainsi que dans différents courts-métrages dont Memento de Jean-Max Peteau (1992) qui remporte le grand prix d’Avoriaz et le prix du public de Clermont-Ferrand. Il est la voix française de Colin Firth et de Christoph Waltz dans de nombreux films.
À la mise en scène, Christian Gonon présente la pièce jeune public de Fabrice Melquiot Bouli Miro au Studio-Théâtre en 2004, dans laquelle il tient aussi le rôle-titre. En 2016, il adapte et interprète, dans le cadre des Singulis, Compagnie de Samuel Beckett, dont une première version scénique fut interprétée à la Comédie-Française par Pierre Dux en 1984.
Cette saison, il reprend son rôle de Ned Land et la manipulation de marionnettes dans 20 000 lieues sous les mers d’après Jules Verne, mis en scène par Christian Hecq et Valérie Lesort au Théâtre du Vieux-Colombier, ainsi que celui du Comte dans Il faut qu’une porte soit ouverte ou fermée de Musset dans la mise en scène de Laurent Delvert au Studio-Théâtre. Il propose également un Grenier de acteurs le 8 janvier, lecture d'extraits de La pensée, la poésie et le politique - dialogue avec Jack Ralite par Karelle Ménine, Salle Richelieu à la Coupole.