Nato nel 1939 da famiglia di musicisti, ha studiato con Franco Donatoni e Bruno Bettinelli al Conservatorio di Milano, diplomandosi in composizione, musica corale, pianoforte e direzione d'orchestra. All'attività didattica, presso i Conservatori di Bolzano e Milano, si è affiancata quella di compositore. La sua produzione musicale si è qualificata fin dall’inizio come tra le più rappresentative della musica italiana che in quegli anni si apriva al cambiamento. La cifra di Gentilucci si concretizza nel profuso impegno come didatta e organizzatore culturale, specialmente da quando, nel 1969, a soli trent'anni, assume la direzione dell'Istituto Musicale "Achille Peri" di Reggio Emilia. Sotto la sua guida l'Istituto comincia ad assumere una connotazione originale che ne fa in poco tempo un’istituzione-pilota nel campo della didattica musicale. L'originalità stava essenzialmente nella volontà di coniugare le funzioni strettamente didattiche della scuola con la promozione di attività di studio e di approfondimento delle tematiche culturali musicali. Durante quegli anni Gentilucci proseguiva inoltre la sua attività di didatta e di saggista impegnato nell'elaborazione di una nuova, originale teoria sulla musica contemporanea.
Il suo scritto Oltre l'avanguardia: un invito al molteplice, del 1979, ha rappresentato una svolta decisiva nella comprensione e nella conoscenza dei processi linguistico-musicali che stavano tracciando profondamente la cifra del nostro tempo. Come compositore Gentilucci ha ottenuto alcuni riconoscimenti tra cui le "Serate musicali fiorentine" nel '62 e il "Ricordi-Rai" nel '68. È stato presente come autore in molti Festival: le Biennali di Venezia e Berlino, l'Holland Festival e alcuni festival della Società Internazionale di Musica Contemporanea (conseguì il premio nel 1979 a Tel Aviv). Nel 1980 un suo brano, Il tempo sullo sfondo, è stato rappresentato in forma di balletto alla Piccola Scala. Dal 1970 tutte le sue musiche sono state pubblicate presso Ricordi, editore per conto del quale svolse a lungo attività di consulente. In campo editoriale particolare fortuna ebbero le sue Guida all'ascolto della musica contemporanea e Introduzione alla musica elettronica, entrambi edite da Feltrinelli. Muore prematuramente a Milano nel novembre 1989.