Realizou os seus primeiros estudios en Ribadeo e estudios medios en Lugo. Posteriormente estudiou Dereito en Santiago de Compostela e unha vez finalizada a carreira, en 1936, comezou a estudiar Filosofía e Letras, licenciándose en 1941 na Universidade de Valladolid. Dous anos máis tarde comezou a colaborar na prensa diaria e nas revistas madrileñas "Ya", "Arrita", "Informaciones", "El Español", "La Estafeta Literaria", etc. A partir de 1945 ocupou varios cargos docentes: profesor axudante de Xeografía e Historia na Universidade de Santiago de Compostela, profesor de Literatura Española en Madrid no Instituto "Ramiro de Maeztu" e en varios cursos de verán, profesor e director do Instituto Laboral en Ribadeo, profesor na Escola Oficial de Xornalismo de Madrid e profesor no Instituto "Lope de Vega" de Madrid. En 1945 foi nomeado académico da Real Academia Galega. Entre 1953 e 1955 traballou como asesor do Servicio de Información Bibliográfica da Biblioteca Nacional. Ademais, foi vocal da directiva do Centro Galego de Madrid e secretario da Comisión de Cultura. Foi membro do Instituto de Estudios Asturianos e membro da Real Academia Española.
En 1942, publicou Albor, un caderno de poesía con 14 poemas do seu libro inédito La voz derrotada. En 1943 rematou dúas monografías aínda inéditas: Una estirpe de escritores colombianos: los Caro e La aportación de Lugo y su provincia a la literatura galaico-castellana. En 1948, publicou o folleto "Bécquer y Sevilla y páginas abandonadas", con prólogo de Dámaso Alonso. Gamallo Fierros foi, ademais, autor dun gran número de ensaios y artigos entre os que destacan Vida y obra de Ramiro de Maeztu (1953), Menéndez Pidal en el año 1898 (1968), ¿Luz sobre la Negra Sombra? (1975), Primera etapa de la vida y obra de Pérez de Ayala (de los comienzos hasta 1905) (1981), La Regenta, a través de cartas inéditas de la Pardo Bazán a "Clarín" (1984) e Toledo ¿fiel de la balanza de Bécquer entre lo nórdico y lo meridional?
Dionisio Gamallo foi galardoado con numerosos premios entre os que destacan o Premio Anual de Literatura Pérez Ligún da Asociación de Prensa da Coruña (1943) polo seu traballo Galicia a través de sus poetas, primeiro premio de poesía castelá nos Xogos Florais de Santiago de Compostela (1945) co poema Piedra viva, premio do Certame do Centro Galego da Habana (1951) polo seu traballo Seda en el cardo (vida y obras de Curros Enríquez), primeiro premio no Certame José Martí patrocinado pola Embaixada de Cuba e o Instituto de Cultura Hispánica de Madrid (1953) e "Premio ó Xornalismo" (1971) da Deputación Provincial da Coruña. Ademais, foi distinguido coa condecoración da Orde de Rubén Darío en Nicaragua (1967), nomeado "Lucense do ano" en 1987 e recibiu a medalla Castelao en 1998.