Г. А. Тихов родился Смолевичах, близ Минска, в семье железнодорожного служащего.
В 1897 году окончил Московский университет (физико-математический факультет), в 1898—1900 годах продолжал образование в Сорбоннском университете (Париж) и работал практикантом в Медонской обсерватории под руководством П. Ж. С. Жансена. Вернувшись в Москву, получил степень магистра, затем два года преподавал в Москве и Екатеринославе. По образованию астрономической секции Русского общества любителей мироведения (РОЛМ) в 1912 году стал ее председателем. Основатель новой науки астроботаники (которая считается предшественницей экзобиологии). В 1906—1941 годах работал в Пулковской обсерватории.
В 1919—1931 годах преподавал в Петроградском (Ленинградском) университете.
В 1919 году организовал и в течение 30 лет возглавлял Астрофизическое отделение в институте им. П. Ф. Лесгафта в Ленинграде. В 1930 году создал аэрофотометрическую лабораторию — Ленинградское отделение в Государственном институте геодезии и картографии.
Арестован в сентябре 1930 года в связи с «Делом Академии наук», несколько месяцев провёл в тюрьме.
Уехав в Алма-Ату в начале Великой Отечественной войны для наблюдения полного солнечного затмения 21 сентября 1941 года, продолжил жить и работать в этом городе до конца жизни. Совместно с К. И. Сатпаевым, В. Г. Фесенковым и рядом других учёных стал основателем Академии наук Казахстана, НИИ астрономии и физики, а также обсерватории Каменское плато.
В 1947 году организовал и до конца жизни возглавлял сектор астроботаники при АН Казахской ССР.
Основные научные работы посвящены фотометрии и колориметрии звёзд и планет, атмосферной оптике. Предложил два метода обнаружения дисперсии света в межзвёздной среде — по разности фаз кривых лучевых скоростей спектрально-двойных звёзд, измеренных по спектральным линиям поглощения спектра (1898), и по разности фаз кривых блеска переменных звёзд, полученных по наблюдениям в разных участках спектра (1908). Обнаружил запаздывание фаз у затменных звёзд в коротковолновой области спектра (эффект Тихова — Нордмана, независимо открытый французским астрономом Ш. Нордманом (фр. Charles Nordman) при визуальных наблюдениях). Одним из первых начал широко применять метод светофильтров в астрономии. В 1909 году на 30-дюймовом рефракторе Пулковской обсерватории получил первые фотографии Марса в различных участках спектра и обнаружил различие размеров и яркости его полярных шапок в разных областях спектра, установил существование голубой дымки в атмосфере этой планеты. Выполнил колориметрические исследования Сатурна (1909, 1911), Урана и Нептуна (1922). В 1914 голу из наблюдений пепельного света Луны впервые установил, что Земля при наблюдении из космоса должна иметь голубоватый оттенок. В 1915 году предложил новый метод быстрого приближённого определения цветовых характеристик звёзд, в котором используется объектив с сильной хроматической аберрацией в фотографической области («метод продольного спектрографа»), в 1937 и 1951 годах опубликовал каталоги цветов около 18 000 звёзд в избранных площадках Каптейна.
Был убеждённым противником геоцентризма в научных изысканиях, считая, что жизнь — гораздо более распространённое явление во Вселенной, чем это иногда утверждатся. Выдвинул гипотезу, что растения могут приспосабливаться к суровым климатическим условиям, меняя свои оптические свойства и увеличивая (или уменьшая) поглощение солнечной радиации. На основании наблюдений Марса в различных областях спектра участках искал доказательства существования растительности на Марсе. Для этой цели выполнил большие серии опытов по определению отражательной способности земных растений, произрастающих в разных климатических условиях, почв и других естественных образований. Считал, что эти исследования в пограничной между астрономией и ботаникой области относятся к новой науке, которую назвал «астроботаникой».
Изучал оптические свойства земной атмосферы. В 1912 году предложил конструкцию прибора для регистрации и воспроизведения мерцания звёзд. Будучи призванным в армию в 1917 году, занимался проблемами аэрофотосъёмки — разработкой техники фотографического процесса, поиском методов снижения влияния воздушной дымки, оптическими исследованиями природного ландшафта. В 1936 году открыл аномальную дисперсию света в атмосфере, разработал оригинальный прибор («сапфирный цианометр») для изучения цвета дневного неба.
Принимал участие в 20 научных экспедициях, в том числе в 5 экспедициях для наблюдения полных солнечных затмений (1914, 1927, 1936, 1941, 1945). При наблюдении затмения 1936 года впервые отметил, что солнечная корона состоит из двух частей: бесструктурной «матовой» короны и пронизывающих её струй «лучистой» короны. Оценил цветовую температуру короны.
Автор более 230 публикаций, в их числе книги:
«Основные труды» Тихова в 5-ти томах были изданы в 1954—1960.