Gijs van den Brink richt zich in zijn onderzoek op het beter begrijpen van het ontstaan van dikkedarmkanker en ontstekingsziekten van de darm, met name de ziekte van Crohn en colitis ulcerosa. Daarnaast doet hij onderzoek naar het werkingsmechanisme van bestaande behandelingen van Crohn en colitis. Van den Brink ziet het als zijn leeropdracht nieuwe behandelingen te ontwikkelen met betere werkzaamheid en verminderde bijwerkingen.

Van den Brink is sinds 2010 gastroenteroloog bij de afdeling Gastroenterologie en Hepatologie en groepsleider bij het Tytgat Instituut voor Lever- en Darmziekten van het Academisch Medisch Centrum (AMC). Voor die tijd was hij hoofd van het laboratorium van de afdeling Gastroenterologie en Hepatologie van het Leids Universitair Medisch Centrum. Hij ontving diverse onderzoekssubsidies, onder meer een starting grant van de European Research Council en een Veni- en Vidi-subsidie van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Van den Brink heeft een groot aantal publicaties op zijn naam staan in vaktijdschriften als Science, Nature Genetics en Gastroenterology. Hij is lid van de Jonge Akademie van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen en maakt deel uit van de Young European Research Area Board.