Hans Gustav Güterbock wuchs in einem begüterten großbürgerlichen Haus in Berlin Nicolassee auf. Sein Vater Bruno Güterbock stammte aus einem jüdischen Elternhaus, war aber zum Protestantismus übergetreten und war lange Zeit einer treibenden Persönlichkeiten der Deutschen Orientgesellschaft.  Das Familienvermögen erlaubte es Bruno Güterbock sein Leben als Privatier zu gestalten und sich der Wissenschaft und den Unternehmungen der Deutschen Orientgesellschaft zu widmen. So versteht sich beinahe von selbst, dass Hans Gustav Güterbock schon früh mit den materiellen Hinterlassenschaften des Alten Orients in Berührung kam und von der Faszination dieser alten Kulturen ergriffen wurde. Im Hause Güterbock gingen auch zahlreiche Persönlichkeiten der verschiedenen altorientalischen Disziplinen ein und aus, so dass auch hier von früher Jugend an der persönliche Kontakt zu Gelehrten die Interessen Hans Gustav Güterbocks mit geprägt hat. Nach dem Abitur nahm ihn der Kustos der Vorderasiatischen Abteilung, Hans Ehelolf, unter seine Fittiche und gab dem jungen Güterbock Privatunterricht in Hethitisch und führte ihn auf diese Weise in die Hethitologie ein. Wie dem Nachruf J. Rengers zu entnehmen ist hat Güterbock die Begebenheit brieflich einmal selbst skizziert und die Worte Ehelolfs wiedergegeben. Ehelolf überzeugte ihn mit dem Argument, dass das Hethitische eine Spracher sei, bei der man alles von Anfang an neu machen könne und wenn es mit einer Karriere schließlich nicht werden würde, bliebe immer noch das Museum.

Güterbock studierte in Berlin Sanskrit und Arabisch und zog dann nach Leipzig, wo er bei Johannes Friedrich und Benno Landesberger Hethitologie und Assyriologie betrieb. Da die Hethitologie sich als eigenständigen Wissenschaftszweig gerade erst entwickelte, gehörte Güterbock zur ersten Generation von Hethitologen, die dann das Fach in den nächsten fünfzig Jahren entscheidend mit gestalteten. Schon vor der Promotion arbeitet Güterbock an der Edition der Keilschrifttexte mit und der erste Band von seiner Feder ist KUB XXV mit hethitischen Festritualen. Im Jahre 1931 wurden die Ausgrabungen in der Hauptstadt des hethitischen Reiches unter Leitung von Kurt Bittel wieder aufgenommen, das als Kooperationsprjekt des Deutschen Archäologischen Institutes und der Deutschen Orientgesellschaft angelegt war. Als in den ersten beiden Jahren  mehr als eintausend Tontafeln entdeckt wurden, holte Bittel den jungen Güterbock als Grabungsphilologen in das Team.

1933 promovierte Güterbock mit der gleichsam assyriologisch wie hethitologisch orientierten Arbeit Die historische Tradition und ihre literarische Gestaltung bei den Babyloniern und Hethitern bis 1200, die in der Zeitschrift für Assyriologie Bd. 42 (1934), p. 1–91 und 44 (1938) p. 45 – 149 in zwei Teilen gedruckt wurde. Durch die Machtübernahme der Nationalsozialisten und deren antisemitische Gesetzgebung war es Güterbock nicht möglich, die erhoffte Anstellung als Assistent Ehelolfs an den Berliner Museen anzutreten. Er blieb aber der Berliner Hethitologie im Rahmen von Werkverträgen erhalten und arbeitete an der Erfassung und Katalogisierung der Keilschrifttafeln weiter und blieb auch durch den Boghazköi-Grabungen erhalten, da die Deutsche Orientgesellschaft die Kosten hierfür übernahm. Ende 1935 erhielt Güterbock dann der Ruf der neugegründeten Universität Ankara als Professor für Hethitologie, der dem glücklichen Umstand zu verdanken war, dass die türkischen Auslandstudenten in Berlin Güterbock Mitteilung darüber machten, dass in Ankara ein Position für Altorientalistik geschaffen werden sollte.  Güterbock sprach daraufhin in der türkischen Botschaft in Berlin vor.  Nach der Grabungskampagne 1935 wurde Güterbock  nach Ankara einbestellt und erfuhr dort von seinem Ruf und der gleichzeitigen Berufung seines akademischen Lehrers Benno Landsberger für das Fach Assyriologie.  Obwohl er nicht mehr offizielles Mitglied des Grabungsteams war – denn in der Zwischenzeit war mit Heinrich Otten ein weiterer Schüler Ehelolfs Grabungsphilologe geworden – arbeitete Güterbock weiter für das Boghazköi-Unternehmen und hier insbesondere auf dem Gebiet der hethitischen Siegel, die bei Grabung 1936 so zahlreich gefunden wurden. Die Ergebnisse seiner Studien legte Güterbock in dem Standardwerk Siegel aus Boghazköi in zwei Bänden vor. In der Türkei heiratete Güterbock Franziska Hellmann, ebenfalls ein Emigrantin aus jüdischem Elternhaus.

Nach dem Zweiten Weltkriege als der Vertrag Güterbock in Ankara, wie auch der Landsbergers, nicht verlängert wurde, ging Güterbock ins schwedische Upsala. Nach nur einem Jahr wurde er an das renommierte Oriental Institute of Chicago berufen, wo er bis zu seinem Tode auch blieb. Mit seinem Namen ist auch das große und umfangreiche hethitische Wörterbuch (Chicago Hittite Dictionary) verbunden, dass seit 1975 in Chicago entsteht. In einem halben Jahrhundert hat Güterbock so zahlreiche Untersuchungen und Publikationen vorgelegt, das seine Auflistung hier nicht möglich ist. Im Jahre 1998 erhielt Güterbock die Ehrendoktorwürde der Freien Universität Berlin verliehen.