Il obtient le diplôme d'arabe de l'École spéciale des langues orientales vivantes en 1894, et d'arabe et de berbère de l'École supérieure des Lettres d'Alger en 1895.
Il devient docteur ès lettres en 1923.
De 1927 à 1933, Maurice Gaudefroy-Demombynes est directeur d'études d'Islamisme et religions de l'Arabie à l'EPHE, Ve section.
De 1895 à 1898, il est directeur de la Medersa de Tlemcem et secrétaire bibliothécaire de l'École spéciale des langues orientales vivantes de 1898 à 1910.
En 1903, il est chargé d'enseignement de dialecte soudanais et d'arabe à l'École spéciale des langues orientales vivantes.
De 1905 à 1911, il enseigne l'arabe et les institutions musulmanes à l'École coloniale.
De 1911 à 1933, il est professeur d'arabe littéral et administrateur adjoint à l'École spéciale des langues orientales vivantes.
De 1924 à 1929, il est chargé de cours de langue et de littérature arabes à la Sorbonne.
Il dirige l'Institut d'Études islamiques de la Sorbonne de 1929 à 1937.
Maurice Gaudefroy-Demombynes a été membre de nombreuses sociétés savantes, entre autres la Société asiatique (Paris), la Société de Linguistique de Paris, la Société d'Ethnographie de Paris, la Société Ernest-Renan (Paris), la Société de Géographie (Paris). Il fut également vice-président de l'Institut d'Études islamiques (Paris).
Maurice Gaudefroy-Demombynes était un orientaliste. Il s'intéressait à l'islamologie, à l'histoire et la civilisation du monde arabe (en particulier Afrique musulmane), à la linguistique, grammaire et dialectologie arabes, philologie et littérature arabe, géographie et ethnologie.
- "Promenade en Algérie" (dans Revue géographique de l'Est), 1895.
- "Ibn Khaldoun. Histoire des Benoul Ahmar, rois de Grenade" (traduction et notes, dans Journal asiatique), 1898.
- Notes de sociologie maghrébine ; les cérémonies du mariage chez les indigènes de l'Algérie, 1901.
- "Coutumes du mariage en Orient. Les noces de Nour ed Din Ali et de la Dame Dania" (dans Revue des Traditions populaires), 1902.
- "Abd Al Aziz Zenagui. Récit en dialecte tlemcénien" (traduction et notes, dans Journal asiatique), 1904.
- Rabah et les Arabes du Chari (en collaboration avec le Dr Decorse, publiés par M. Gaudefroy-Demombynes), 1905.
- "Coutumes et mariage en Algérie" (dans Revue des Traditions populaires), 1907.
- "Les Mille et Une Nuit. I, Le cadre des Cent et Une nuits. II, Histoire de Fleur des jardins" (ibid.), 1909.
- Manuel d'arabe marocain (en collaboration avec L. Mercier), 1913, 1925.
- "Notes sur la Mekke" (dans Revue de l'Histoire des Religions), 1918.
- Les institutions musulmanes, 1921, 1946.
- Le pèlerinage de la Mekke. Etude d'histoire religieuse (thèse principale), 1923.
- La Syrie sous les Mamelouks d'après Qalqachandi (thèse complémentaire), 1923.
- "Lettre de Saladin au calife almohade al Mançour" (dans Mélanges René Basset), 1925.
- Al Omari. Masalik al abçar : L'Afrique moins l'Egypte (introduction, traduction et notes), 1928.
- L'Oeuvre française en matière d'enseignement au Maroc, 1928.
- "Sur quelques noms d'Allab dans le Coran" (dans Annales de l'Ecole Pratique des Hautes Etudes), 1929.
- "L'Islam" (dans Revue historique), 1930.
- Le monde musulman jusqu'aux Croisades (dans Le Monde musulman et byzantin, t. VII de l'Histoire du monde d' E. Cavaignac), 1931.
- Le livre des magistraux de El Wancherisi (traduction en collaboration avec H. Bruno), 1937.
- Grammaire de l'arabe classique (en collaboration avec R. Blachère), 1937, 1958.
- "Ar-Razi. philosophe, d'après des ouvrages récents" (dans Revue de l'Histoire des Religions), 1941.
- Ibn Qotaïba. Introduction au livre de la poésie et des poètes (traduction), 1947.
- Ibn Jobaïr. Voyages, 3 vol. (traduction annotée), 1949-1956.
- Mahomet, l'homme et son message, 1957, 1969.
Mélanges offerts à Gaudefroy-Demombynes par ses amis et anciens élèves, Institut français d'Archéologie orientale du Caire, 1935-1945, p. 1-323.
- Louis Massignon, « Maurice Gaudefroy-Demombynes (1862-1957) », École pratique des hautes études, Section des sciences religieuses. Annuaire 1958-1959. 1957. p. 44-47.
- "Principales publications de Maurice Gaudefroy-Demombynes", par W. Marçais, dans Mélanges offerts à Gaudefroy-Demombynes par ses amis et anciens élèves (op. cit.), p. XI-XII.
- "Eloge funèbre de M. Maurice Gaudefroy-Demombynes" par Ch.-E. Perrin, CRAI, 1957, p. 275-280.
- "Maurice Gaudefroy-Demombynes (1862-1957)", par H. Massé, Arabica, Revue d'Etudes arabes, t. 4, fasc. 3, 1957, p. 226-230.
- "Notice sur la vie et les travaux de M. Maurice Gaudefroy-Demombynes", par G. Cœdès, CRAI, 1959, p. 46-60.
- "Gaudefroy-Demombynes, Maurice", dans Langues'O, 1795-1995. Deux siècles d'histoire de l'Ecole des Langues orientales, Paris, 1995, p. 55.