Gilles Poux a été élève au lycée polyvalent de Decazeville (Aveyron). De 1976 à 1978 il prépare et réussit un BTS Technique à Marseille de 1976 à 1978. Ensuite, il a poursuivi ses études à l’Université de Toulouse II – Le Mirail en 1979, puis à Nanterre en 1980.

De 1980 à 1981, Gilles Poux satisfait à ses obligations militaires à Provins (Seine-et-Marne). Le 11 janvier 1982, il est embauché technicien à l’usine Babcock, aujourd’hui devenue friche industrielle.

Lycéen, Gilles Poux participe au mouvement lycéen de 1975 contre la réforme Haby. À la même période, il participe aux manifestations du Larzac, contre la décision d’y agrandir le camp militaire. Étudiant, il devient responsable de l’Union des étudiants communistes (UEC). Salarié de l’entreprise Babcock à La Courneuve, il prend des responsabilités syndicales. Parallèlement il s’investit dans la vie politique locale en devenant de 1988 à 1995, secrétaire de la cellule du PCF de La Courneuve.

Conseiller municipal de La Courneuve à partir de 1989 sur une liste d’union de la gauche conduite par James Marson, il devient premier maire-adjoint le 1^er mars 1995, délégué aux travaux et aux marchés publics. Le 26 octobre 1996 il prend la succession de James Marson et devient maire.

En 2001, Gilles Poux conduit la liste d’union de la gauche à La Courneuve, qui est élue au premier tour avec 57,47 % des suffrages exprimés. Il est réélu maire le 18 mars 2001. Il devient vice-président de la communauté d’agglomération Plaine Commune le 1^er janvier 2005, date d’entrée de la ville dans l’intercommunalité créé en l’an 2000.

Il fait organiser un référendum d’initiative locale (le 7 décembre 2003) pour permettre aux habitants de sa ville de faire le choix définitif d’adhésion à la communauté d’agglomération “Plaine Commune”. Ouvert aux résidents étrangers de la ville, le vote est contesté par le préfet, mais le conseil municipal valide le choix des Courneuviens. En 2006, il est à l’origine d’un référendum d’initiative locale sur le droit de vote et d’éligibilité aux élections locales des résidents étrangers dans la commune le 1^er octobre 2006, lui aussi contesté par le préfet de Seine-Saint-Denis, à la suite d’un mouvement lancé par Saint-Denis.

Gilles Poux a créé de nouveaux évènements dans la ville : la fête de la ville (première édition lors de la Coupe du Monde de football de 1998), « La Courneuve Plage » (à partir de 2005), « Un dimanche à la campagne » (à partir de 2006).

À plusieurs reprises, il manifeste aux côtés des salariés de la ville. En particulier, il refuse la fermeture annoncée de l’usine Alstom-Rateau en 2003 et soutient les salariés en grève. Avec eux il obtient que le site de La Courneuve soit préservé. Avec d’autres maires de gauche, il a pris des arrêtés anti-expulsions et anti-coupures d’électricité sur le territoire de la ville.

Il accélère et amplifie le renouvellement urbain commencé par son prédécesseur au milieu des années 1980. Depuis janvier 2005, et l’adhésion à Plaine Commune, il est le vice-président chargé du Renouvellement urbain et de la Politique de la Ville.

Gilles Poux doit accueillir en 2005 (suite au décès par balle du petit Sid Ahmed le 19 juin 2005), le ministre de l’intérieur Nicolas Sarkozy, qui annonce qu’il veut « nettoyer la cité au Kärcher ». Après s’être d’abord félicité des avancées dues aux efforts conjoints de la préfecture et des services municipaux, il dénonce par la suite des engagements non tenus de la part de l’État.

En mars 2008, il est réélu maire au second tour devant la liste socialiste menée par Stéphane Troussel et la liste de droite menée par Kamel Hamza. Il est renouvelé dans ses fonctions de vice-président Plaine commune, dont il est un des huit délégués au comité du SEDIF. Il est élu le 15 mai 2008 vice-président du SEDIF.

Le 5 mai 2009, il annonce que sa ville porte plainte auprès de la HALDE pour « discrimination territoriale ».

Lors des élections législatives de juin 2012, il est le suppléant de Marie-George Buffet, qui  arrive en tête du premier tour et bénéficie ensuite du désistement de la candidate socialiste au nom du désistement républicain.