Родился 13 (26) мая 1907 года на разъезде Тарышта ныне Татарского района Новосибирской области. С 9 лет бродяжил. Затем воспитывался в  Барабинском интернате (Новосибирская область), но через 2 года был из него исключён. Снова  бродяжил. С 1921 работал строительным рабочим на Сибирской железной дороге. В 1926 окончил Омскую железнодорожную профтехшколу.

В армии с 1926. В 1926 окончил Ленинградскую военно-теоретическую школу ВВС, в 1928 - Качинскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в строевых частях ВВС.

В 1931-1934 - лётчик-испытатель Научно-испытательного института ВВС (НИИ ВВС). С 1934 учился на инженерном факультете Военно-воздушной академии имени Н.Е.Жуковского. Окончил только первый курс, т.к. весной 1935 был откомандирован из академии для подготовки к трансарктическому перелёту на самолёте АНТ-25.

3 августа 1935 в составе экипажа С.А.Леваневского участвовал в попытке перелёта через Северный полюс в США, прерванного из-за технических неполадок. После этого продолжил дальнейшие испытания АНТ-25.

20 - 22 июля 1936 года на самолёте АНТ-25 в качестве второго пилота (командир - В.П.Чкалов, штурман - А.В.Беляков) совершил беспосадочный перелёт из Москвы через Северный Ледовитый океан, Петропавловск-Камчатский на остров Удд (ныне - остров Чкалов, в устье Амура) протяжённостью 9374 км (полётное время - 56 часов 20 минут).

За выполнение перелёта и проявленные при этом мужество и героизм 24.07.1936 присвоено звание Героя Советского Союза.

18-20 июня 1937 года на самолёте АНТ-25 в качестве второго пилота (командир - В.П.Чкалов, штурман - А.В.Беляков) совершил беспосадочный перелёт  Москва - Северный полюс - Ванкувер (США) протяжённостью 8504 км по прямой (полётное время - 63часа 16 минут). 

С 1935 - лётчик-испытатель авиационного завода 22(г.Москва); испытывал  серийные бомбардировщики СБ и Ар-2. В 1937 на самолёте ДБ-А установил мировой  авиационный рекорд скорости полёта.

Участник советско-финляндской войны 1939-1940 в должности командира авиационной группы.

В августе-декабре 1941 находился в правительственной командировке в США по вопросу приобретения американских самолётов.

Участник Великой Отечественной войны: с января 1942 - заместитель командира 31-й смешанной авиационной дивизии (Калининский фронт), командующий ВВС 4-й ударной армии, командир 212-й (с мая 1943 - 4-й гвардейской) штурмовой авиационной дивизии. С января 1944 - командир штурмового авиационного корпуса. Участвовал в освобождении Киева, Белоруссии, в Восточно-Прусской операции, освобождении Гданьска, форсировании Одера.

После войны - на командных должностях в ВВС. В 1947-1949 - начальник Главного Управления ГВФ. Осенью 1947 принимал участие в испытаниях пассажирского самолёта Ту-70. В 1949 - 1952 - заместитель начальника НИИ ВВС по лётной части. В 1951 окончил Военную академию Генштаба. С 1952 - заместитель, 1-й заместитель начальника Главного штаба Войск ПВО страны по специальной технике. В 1957-1972 - начальник 4-го Главного Управления Министерства обороны СССР, член Военного совета Войск ПВО страны. С 1972 - научный консультант главнокомандующего Войсками ПВО страны. С 1988 - в отставке.

Жил в Москве. Член Союза писателей. Умер 28 декабря 1994 года. Похоронен в Москве, на Новодевичьем кладбище.

Генерал-полковник авиации (1961), лётчик-испытатель 1-го класса (1940). Государственная премия СССР (1970). Награждён 2 орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, 4 орденами Красного Знамени, орденами Кутузова 1-й и 2-й степени, 2 орденами Суворова 2-й степени, орденами Отечественной войны 1-й и 2-й степени, орденами Трудового Красного Знамени, Дружбы народов, 4 орденами Красной Звезды, орденами "За службу Родине в ВС СССР" 1-й, 2-й и 3-й степени, медалями, иностранными наградами (кавалер наибольшего количества орденов СССР - 22-х).

Его имя носят улицы в Москве, Витебске, Могилёве и Донецке. В его честь переименован остров Лангр в Охотском море (возле острова Чкалов). Почётный гражданин города Николаевск-на-Амуре.

Мировой авиационный рекорд, установленный Г.Ф.Байдуковым

Класс С - сухопутные самолёты (по классификации 1930-х годов)