Gray był wychowany w rodzinie prezbiteriańskiej, co zostało wzmocnione przez wpływ Johna Torreya. Przyjęcie darwinizmu nie wiązało się u niego z osłabieniem religijności, lecz stał na stanowisku, że darwinowska teoria ewolucji da się pogodzić z wiarą, gdyż są to odrębne sfery. Stąd można go uznać za prekursora teistycznego ewolucjonizmu – Gray zajął pozycję pomiędzy zwalczającymi się obozami tych, którzy darwinizm uważali za przyczynek do ateizmu a religijnymi obrońcami kreacjonizmu jako postawy naukowej. Do historii nauki przeszedł zwłaszcza jego konflikt z jednym z największych ówczesnych autorytetów naukowych – Louisem Agassizem, z którym współpracował na Uniwersytecie Harvarda. Jako dewizę przyjmował hasło: „Dobór naturalny jest niesprzeczny z teologią naturalną”. Niemniej Gray, krytykując Darwina za całkowite zdanie się na siły natury podczas tworzenia analogii między doborem naturalnym a sztucznym, obawiał się, że prowadzić to może do personifikacji natury i przypadku, przez co przyjmował, że kierunek ewolucji jest wyznaczany przez Boga, który też pełnił rolę Stwórcy i Pierwszego Poruszyciela.