Markus Gross arbeitet auf den Gebieten der Computeranimation, Visualisierung, geometrischen Modellierung sowie der physikalisch basierten Simulation. In seinem Labor wurde die weltweit erste Computerarchitektur zur schnellen 3D-Darstellung von Punktmengen entwickelt. Er entwarf zahlreiche schnelle Algorithmen zur numerischen Simulation physikalischer Phänomene, wie etwa Deformation und Flüssigkeiten, die in medizinischen Simulatoren sowie in der Unterhaltungsindustrie Anwendung finden. Er war an der Entwicklung des Medusa Performance Capture System beteiligt, dass es ermöglicht, Bewegungen des Gesichts außergewöhnlich engmaschig aufzuzeichnen, ohne dass Markierungen verwendet werden müssen.

Gross studierte Elektro- und Computertechnik an der Universität des Saarlandes und wurde dort 1989 promoviert. Von 1990 bis 1994 arbeitete er am Computer Graphics Center in Darmstadt. Ab 1994 war er Assistenzprofessor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich (Schweiz) und habilitierte sich 1995. Seit 1997 ist Professor an der ETH Zürich und Gründer des Computer Graphics Laboratory (CGL) am Department of Computer Science in Zürich. Von 2004 bis 2007 war er Leiter des Institute for Computational Science an der ETH Zürich. Seit 2008 ist er zudem Vice President und Direktor von Disney Research Studios (DRS). Die Leopoldina wählte Markus Gross 2011 in die Sektion Informationswissenschaften.

Der Oscar für technische Verdienste wird seit 1931 von der Academy of Motion Picture Arts and Sciences vergeben. Die Auszeichnung würdigt herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Verbesserung technischer Geräte und Methoden in der Filmwirtschaft. Markus Gross hat diese Auszeichnung bereits 2013 für die Wavelet Turbulence-Software zur Darstellung von Rauch und Explosionen erhalten.