Fils de François Gaston de Lévis (1719-1787), premier duc de Lévis, maréchal de France, et de Gabrielle Augustine Michel de Tharon (1744-1794), guillotinée le 10 juillet 1794 à Paris. De leur union célébrée le 28 février 1762 naît Pierre-Marc-Gaston de Lévis le 7 mars 1764 à Paris.
En 1777, alors âgé seulement de 13 ans, il entre comme aspirant à l'École Royale d'Artillerie de Douai. En 1779, Gaston de Lévis est nommé sous-lieutenant en second, puis promu en 1780 capitaine en survivance d'une compagnie des gardes du corps de Monsieur, comte de Provence. En 1782, il est nommé capitaine à la suite du corps des carabiniers, puis rang de mestre de camp (colonel) en 1787, et mestre de camp attaché au régiment du Maréchal de Turenne en 1788.
En 1789, promu maréchal de camp et capitaine des gardes de Monsieur. Député de la noblesse de Senlis à l'Assemblée constituante, il émigre après le 10 août et sert dans l'armée de Condé. Il prend part à l'expédition de Quiberon, fut grièvement blessé le 16 juillet, mais parvient à regagner l'Angleterre.
Pair de France le 4 juin 1814. Élu membre du Conseil privé en 1815, puis fait chevalier d'honneur de Mme la duchesse de Berry en 1816. Pierre-Marc-Gaston de Lévis, le 21 mars 1816, est élu membre de l'Académie française, et nommé Chevalier de l'Ordre du Saint-Esprit le 30 septembre 1820. Puis nommé Officier de la Légion d'honneur le 29 octobre 1826.
Pierre-Marc-Gaston de Lévis a laissé divers ouvrages de littérature et d'économie politique, dont le plus remarquable a pour titre : Les Maximes, préceptes et réflexions sur différents sujets de morale et de politique (1807, 1808, et réédition en 1825)
À 20 ans, Gaston de Lévis épouse, alors âgée de 13 ans, Pauline Louise Françoise de Paule Charpentier d'Ennery le 13 mai 1784 à l'église Saint-Eustache à Paris. Née le 22 décembre 1770 au Trou au Chat en Martinique, et baptisée le 15 novembre 1772 à Ennery dans le Val-d'Oise. Pauline est décédée le 31 octobre 1819 à Paris, à l'âge de 48 ans.
Pierre-Marc-Gaston de Lévis meurt le 15 février 1830 à l'Élysée-Bourbon. Il est inhumé au cimetière de Picpus de la ville de Paris suite à sa souscription lorsque ce lieu est transformé en cimetière privé en juin 1794.