Norbert Gstrein greift in seiner Novelle O2 ein historisches Ereignis auf, den Ballon-Forschungsflug des Schweizer Physikprofessors Auguste Piccard, der am 27. Mai 1931 zu einer ehrgeizigen Exkursion in die Stratosphäre, in 16.000 m Höhe, aufgebrochen ist.
Nach einem Studium der Mathematik an der Universität Innsbruck hielt Gstrein sich 1986/87 für sieben Monate zu weiteren Studien an der Stanford University und 1987/88 für fünf Monate an der Universität Erlangen auf. 1988 schloss er seine Dissertation Zur Logik der Fragen ab, die an der Universität Innsbruck von dem Mathematiker Roman Liedl und dem Philosophen Gerhard Frey betreut wurde.
Er erhielt unter anderem den Alfred-Döblin-Preis, den Literaturpreis der Konrad-Adenauer-Stiftung, den Uwe-Johnson-Preis, den Österreichischen Buchpreis 2019, den Düsseldorfer Literaturpreis und den Thomas-Mann-Preis.
Der Roman Der zweite Jakob (2021) war für den Deutschen Buchpreis nominiert.