Gilles Cachemaille débute à Aix-en-Provence, avant de se faire engager par Herbert von Karajan au Festival de Salzbourg.

Parmi ses rôles: Leporello (Don Giovanni) à Vienne, Paris, Aix-en-Provence,  Milan, Genève, Munich, Amsterdam; Don Giovanni à Glyndebourne; Figaro (Le Nozze di Figaro) à Vienne, Paris, Aix-en-Provence; Méphistophélès (La Damnation de Faust, Berlioz) à Paris, Los Angeles, Montréal, Berlin; Golaud (Pelléas et Mélisande, Debussy) à Paris, Cleveland, Tokyo.

Sur les scènes internationales il chante des œuvres de Beethoven (Neuvième symphonie), Berlioz (Roméo et Juliette; Messe Solennelle; L’Enfance du Christ), Mendelssohn (Elias), Martin (Jedermann-Monologe et Golgotha, à Munich, Amsterdam, Leipzig, Berlin et Zurich).