Gunārs Astra wurde 1931 in Riga geboren. Sein Vater entstammte der altgläubigen russischen Familie Astrazew, die seit Generationen in Lettland ansässig war, seine Mutter kam aus einer Rigaer Handwerkerfamilie. Gunārs Astra absolvierte zunächst eine Fachschulausbildung zum Elektromechaniker und studierte anschließend ab 1957 Anglistik an der Lettischen Universität in Riga. Nach dem Studium arbeitete er in verschiedenen Rigaer Betrieben, später im Ton- und Lichtlabor der Lettischen Universität.
Die lettische Vorkriegsliteratur, ausländische Zeitschriften, Bücher und westliche Radiosender bestärkten Astra in seiner Überzeugung der Unrechtmäßigkeit der sowjetischen Okkupation Lettlands. Dass die Letten ihrer Rechte beraubt und dem absoluten Partei-Diktat unterworfen wurden und die lettische Sprache aus Verwaltung und Wirtschaftsleben verdrängt werden sollte, empfand er als Bedrohung. Seine Ansichten äußerte er ganz offen und empfahl seinen Bekannten, ausländische Rundfunksender zu hören. Zugleich suchte er nach Möglichkeiten, sich dem Regime aktiv entgegenzustellen und versuchte, Kontakte ins Ausland zu knüpfen, so etwa zu ausländischen Touristen, Journalisten und zu Mitarbeitern der US-Botschaft in Moskau.
Am 25. Februar 1961 wurde Astra verhaftet. Die Anklagepunkte lauteten: „Kontaktaufnahme zu Vertretern von US-Nachrichtendiensten, Sammlung von militärisch bedeutsamen Informationen, antisowjetische Agitation und Propaganda“. Am 26. Oktober 1961 verurteilte ihn das Militärgericht des Baltischen Militärbezirks wegen angeblichen Staatsverrats (Artikel 59, Paragraf 1 Strafgesetzbuch der Lettischen SSR), antisowjetischer Agitation und Propaganda (Artikel 65, Paragraf 1 Strafgesetzbuch der Lettischen SSR; siehe Artikel 70 Strafgesetzbuch der RSFSR) sowie wegen Herstellung und Vertriebs pornografischer Artikel (Artikel 209 Strafgesetzbuch der Lettischen SSR) zu 15 Jahren Haft. Die Anklage stützte sich auf die Aussagen seines Arbeitskollegen Edgars Fjodors Tuhelis. Während der Ermittlungen hatte Astra die Aussage verweigert, in der Verhandlung plädierte er auf nicht schuldig. Seine Haftstrafe verbüßte er in den mordwinischen Lagern und den Permer Lagern, wo er freundschaftliche Kontakte mit zahlreichen Dissidenten knüpfte. Er las viel, nahm an Streiks und Hungerstreiks teil.
Mitte der 80er Jahre war Astra einer der bekanntesten politischen Gefangenen Lettlands. Im Sommer 1987 wurde auf einer Demonstration mit Tausenden von Teilnehmern in Riga ein Komitee einberufen, das sich für seine Freilassung einsetzen sollte. Ende des Jahres fand vor dem Gebäude des Obersten Gerichts der Lettischen SSR eine Demonstration mit der zentralen Forderung „Freiheit für Gunārs Astra!“ statt.
Aufgrund einer Amnestie des Obersten Sowjets der UdSSR vom 18. Juni 1987 kam auch Astra am 1. Februar 1988 aus der Haft frei. Er starb kurz darauf am 6. April 1988 nach einer plötzlichen Erkrankung in einem Krankenhaus in Leningrad. Die genauen Umstände seines Todes sind ungeklärt.
1989 verlieh ihm die in der Emigration tätige Weltvereinigung Freier Letten (Pasaules Brīvo Latviešu Apvienība) posthum den Nationalpreis. Dieser war im Lettland der Zwischenkriegszeit geschaffen worden und würdigte herausragende Verdienste für Nation und Staat. Nach dem Ende des Sowjetkommunismus und der Unabhängigkeit Lettlands wurde 1996 in Riga eine Straße nach Astra benannt. An der Mauer des Gebäudes des Obersten Gerichts, in dem der Prozess gegen ihn stattgefunden hatte,erinnert eine eine Gedenktafel an Gunārs Astra.