En septembre 1939, Gaston Monnerville, député de la Guyane depuis 1932, n'est pas mobilisable aux termes de la loi sur l'organisation de la Nation en temps de guerre. Il entend néanmoins participer au combat. Avec plusieurs de ses collègues, il dépose une proposition de loi visant à lever cette interdiction et s'engage dans la Marine. Il sert comme officier de justice sur le cuirassé Provence à bord duquel il participe aux combats de Mers-el-Kebir.
Démobilisé une semaine après le vote des pleins pouvoirs au maréchal Pétain, il se rend à Vichy pour protester contre l'armistice et les premières mesures discriminatoires qui frappent « les juifs, les arabes et les hommes de couleur ».
ll milite dès l'hiver 1940-1941 dans le mouvement de résistance « Combat ». En qualité d'avocat, il assure la défense de ceux que l'État français emprisonne pour délit d'opinion ou d'origine raciale, ce qui lui vaut de nombreuses arrestations. Il exerce son activité à la fois sur le plan politique et sur le plan de la résistance militaire. Sous le nom de « Commandant Saint-Just », il rejoint les maquis d'Auvergne, d'octobre 1942 à octobre 1944. Il est un agent de liaison actif entre les réseaux de Lozère, d'Ardèche et du Gard.
Établis à Cheylade dans le Cantal, Gaston Monnerville et son épouse assurent, durant l'été 1944, la gestion et l'administration de l'hospice civil de la ville, transformé en hôpital militaire. A la Libération, il est décoré de la croix de guerre 1944-1945, de la rosette de la Résistance et de la Légion d'honneur à titre militaire, en témoignage de son courage et de son patriotisme.
Désigné par la Résistance métropolitaine en novembre 1944 pour siéger à l'Assemblée consultative provisoire, il y préside la commission de la France d'outre-mer. Il célèbre, au nom des populations de l'Union française, la victoire des Alliés au cours de la séance du 15 mai 1945.
Membre de la première et de la deuxième Assemblée nationale constituante, Gaston Monnerville est élu conseiller de la République de la Guyane le 15 décembre 1946 et s'inscrit au groupe du Rassemblement des gauches républicaines.
Quelques mois plus tard, il succède à Auguste Champetier de Ribes au fauteuil de président qu'il occupera jusqu'en 1968.