Εργάστηκε για την περίοδο 1979-1984 στο Βασιλικό Αστεροσκοπείο του Εδιμβούργου πριν μετακινηθεί στο Ινστιτούτο Αστρονομίας του Πανεπιστημίου Cambridge, όπου σήμερα έχει τον τίτλο του Professor of Experimental Philosophy, FRS. Έχει διατελέσει για 20 και πλέον έτη επιστημονικός συντονιστής του προγράμματος Opticon, για την Οπτική και Υπέρυθρη Αστρονομία και πιο πρόσφατα του Opticon-Radionet-Pilot. Είναι ο επιστημονικός υπεύθυνος (PI) του Ηνωμένου Βασιλείου για την κοινοπραξίας επεξεργασίας και ανάλυσης δεδομένων Gaia, και συνυπεύθυνος (Co-PI) της δημόσιας φασματοσκοπικής έρευνας Gaia-ESO. Για την έρευνά του του απονεμήθηκε επίσης και ERC Advanced Grant. Ο καθηγητής Gilmore έχει λάβει πολυάριθμα βραβεία και αναγνωρίσεις για τη συμβολή του στην αστροφυσική, μεταξύ των οποίων: Fellow of the Royal Society (2013), Fellow of Academia Europaea και Institute of Physics, Honorary Fellow of Royal Astronomical Society NZ (2016), αποδέκτης του μεταλλίου Chalonge (2013) και του μεταλλίου De Vega (2015).
Το 2023 εξελέγη ισόβιο Επίτιμο Μέλος του Ινστιτούτου Αστροφυσικής - ΙΤΕ.