Le répertoire de l'ensemble comprend autant de musique religieuse que profane. Il s'est initialement spécialisé dans la musique médiévale et le répertoire Renaissance, des corpus qui vont des premiers manuscrits de chant grégorien jusqu'à la musique de la fin du XVe siècle : on peut citer par exemple l'École de Notre-Dame, les drames liturgiques, Guillaume de Machaut, le répertoire franco-flamand, etc.. L'ensemble s'est ensuite tourné également vers les œuvres du XVIe siècle, surtout en provenance de la Renaissance espagnole.
L'ensemble Gilles Binchois incorpore des artistes de différentes nationalités, selon la nature du répertoire à interpréter. Parmi les plus fidèles collaborateurs, se trouvent : Philippe Balloy (chant), Emmanuel Bonnardot (chant, vièle), Randall Cook (vièle, instruments à vent), Pierre Hamon (instruments à vent), Anne-Marie Lablaude (chant), Brigitte Lesne (chant, harpe), Lena-Susanne Norin (chant), Gerd Türk (chant), Willem de Waal (chant), etc.
1992 - Leur Escholiers de Paris. Motets, Chansons et Estampies du XIIIe siècle. Cantus 9616. (Fiche sur medieval.org)
1993 - École de Notre-Dame de Paris. Permanence et Rayonnement XIIe, XIIIe et XIVe siècle. Harmonic 9349. (Fiche sur medieval.org)
1993 - Palestrina: Mass, Lamentations. Ensemble Gilles Binchois joins avec l'Ensemble Cantus Figuratus de la Schola Cantorum Basiliensis et le Maîtrise de Garçons de Colmar. Deutsche Harmonia Mundi 77317.[2](Fiche sur medieval.org)
Un roi d'Aragon rendant justice. Miniature du Vidal Mayor employée pour la couverture de Le jugement du Roi de Navarre.
1994 - Les premières polyphonies françaises.Organa et tropes du XIe siècle. Virgin Veritas 45135. (Fiche sur medieval.org)
1995 - Le Misteri d'Elx. Drame sacré en deux parties pour la Fête de l'Assomption de la Vierge. Virgin "Veritas x2" 7243 5 62349 2 5 (2 CD). (Fiche sur medieval.org)
1996 - Meeting of Angels. Ensemble Gilles Binchois joint à Nishat Khan. Amiata Secret World 1096. (Fiche sur medieval.org)
2000 - Cantor & Musicus. La Musique et les manuscrits de la bibliothèque interuniversitaire de médecine de Montpellier. Bibliothèque interuniversitaire de Montpellier BIU 7437-1 (ISBN2-907387-28-6) (CD-ROM). (Fiche sur medieval.org)
2001 - Amour, Amours. Florilège des chansons françaises de la Renaissance. Virgin "Veritas" 7243 5 45458 2 5. (Fiche sur medieval.org)