La première production animée du studio est Blue submarine n°6, une série d'OAV sortie en 1998 remarquée par son utilisation de CG. Gonzo a aussi produit un certain nombre de séries TV comme Full Metal Panic!, Last Exile ou encore Gankutsuō.
Depuis 2006, Gonzo s'est mis à la production de film d'animation dont le premier fut Origine.
Pendant les années 1990, le studio travaille sur des séquences animées de jeu vidéo comme Lunar: Silver Star Story Complete sorti en 1996. La même année est créée Digimation K.K, entreprise qui s'occupe de la CG pour les productions du studio.
C'est en 1998 que sort le premier véritable projet indépendant du studio, Blue Submarine N°6. Pionnier en la matière, il se distingue par son mélange d'animation traditionnelle et de CG.
En , le studio Gonzo, alors encore totalement indépendant, crée sa propre maison mère, G.D.H (Gonzo Digimation Holdings), pour que celle-ci puisse s'occuper du management et de la stratégie d'entreprise du studio. La même année, le studio produit sa première série télévisée, Gate Keepers, diffusée sur la chaine câblée WOWOW. En , Gonzo K.K et Digimation K.K fusionnent et deviennent Gonzo Digimation K.K qui finalement simplifie son nom en Gonzo K.K en .
Après plusieurs séries à succès comme Last Exile ou Gankutsuou, Gonzo s'essaye au film d'animation en 2006 avec Origine qui sera suivi de Brave Story la même année.
À partir de 2007, le studio connait une grave crise. Il est contraint de réduire sa production de série ainsi que ses effectifs qui était d'environ 200 employés avec sa maison mère en 2008[3]. En , Gonzo annonce vouloir réduire les effectifs de la production de 130 à 30 personnes en cinq ans[4]. L'un des membres fondateurs, Shōji Murahama, quitte même le studio en pour fonder sa propre société, Lambda Film. Le même mois, la société mère, G.D.H, est réintégré dans Gonzo et le département numérique 3D est vendu à une autre société.
Au , le studio emploie 53 personnes[2]. Il déclare pour 2018 un chiffre d'affaires de 1,527 milliard de yens (environ 12,55 millions d'euros valeur 2019), une perte d'exploitation de 399 millions de yens (environ 3,28 millions d'euro), soit une perte ordinaire de 433 millions de yens (environ 3,56 millions d'euros), une perte totale de 597 millions de yens (environ 4,91 millions d'euros) pour la société ainsi qu'une insolvabilité de 3,401 milliards de yens (environ 27,4 millions d'euros) pour l'année 2018.
Début , il avait réalisé une « scission d'entreprise » et avait transféré une partie de ses activités de production d'animé, de propriété intellectuelle et de gestion des droits à la société Studio KAI récemment créée[5].
Le studio a aussi travaillé sur l'animation de plusieurs projets comme sur le clip de la chanson Breaking the habit de Linkin Park ou sur 3 des 15 courts métrages de Ani*Kuri de la NHK[7].
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