Petit-fils d'esclave, Gaston Monnerville est le fils de Marc Saint-Yves Monnerville et de Marie-Françoise Orville. Des côtés maternel et paternel, la famille est originaire de Case-Pilote, commune de la Martinique. Son frère, Pierre Monnerville, fait également une carrière politique. Il fréquente le lycée de Cayenne et en 1912, boursier, il quitte la Guyane et entre en classe de seconde à Toulouse, au lycée Pierre-de-Fermat. Il s'y montre un élève particulièrement brillant, aussi doué pour les sciences que pour les lettres. En classe de seconde, Gaston Monnerville accumule les récompenses : prix d'excellence, premier prix de mathématiques, deuxième prix de version latine, troisième prix d'histoire moderne.Son année en classe de rhétorique est, elle aussi, fort brillante et le palmarès est impressionnant : inscription au tableau d'honneur, premier prix en mathématiques, premier prix en anglais (première langue), premier prix en espagnol (deuxième langue), etc. Le brillant élève opte pour les lettres et choisit de suivre la classe de philosophie. Il y remporte notamment le prix Ozenne et le prix d'honneur. Étudiant aux facultés de lettres et de droit de l'université de Toulouse, Gaston Monnerville passe à la fois sa licence ès lettres et sa licence en droit, avec les félicitations du jury. C'est également avec les félicitations du jury qu'il est reçu, en 1921, docteur en droit, après avoir soutenu une thèse sur « l'enrichissement sans cause ». Celle-ci est honorée d'une souscription du ministère de l'Instruction publique et primée la même année au concours des thèses.