Sein Vater Johann M. P. Preyer (1773–1850), war Schullehrer und Chorleiter in Hausbrunn. Schon im Kindesalter beherrschte Gottfried Klavier, Orgel, Violine und bekam eine Gesangsausbildung. Später erlernte er noch das Spielen von Blasinstrumenten.

Er absolvierte eine Lehrerausbildung in Korneuburg und studierte 1828 bis 1834 Generalbass, Kontrapunkt und Komposition bei Simon Sechter am Wiener Konservatorium der Gesellschaft der Musikfreunde.

1839 wurde er selbst Professor für Harmonielehre und Komposition am Konservatorium und 1844 bis 1849 fungierte er als dessen Direktor.

Preyer war 1844 bis 1876 Vizehofkapellmeister der Wiener Hofmusikkapelle, 1846 bis 1862 Hoforganist und von 1853 bis 1901 Domkapellmeister von St. Stephan.

1845 dirigierte er die erste vollständige Wiener Aufführung der "Missa solemnis" von Beethoven,

1846 wirkte er auch als Hoforganist.

Er erreichte eine angesehene und einflussreiche Position im Wiener Musikleben des 19. Jahrhunderts. Als Anerkennung für sein musikalisches Wirken wurde er 1894 in den Adelsstand erhoben.

Er war Sammler von Bildern vorwiegend zeitgenössischer französischer Künstler, besaß aber auch Werke bedeutender Maler wie Hans Holbein, Rembrandt van Rijn, Peter Paul Rubens und Anthonis van Dyck.

Preyer starb im hohen Alter von 94 Jahren.

Obwohl Preyer aus einfachen Verhältnissen stammte, schaffte er es, sich im Laufe seines Lebens ein beträchtliches Vermögen zu schaffen. Er hinterließ als Erlös aus seiner wertvollen Bildersammlung zwei Millionen Goldkronen, eine damals enorme Summe, die er der Stiftung des Preyer'schen Kinderspitales in Wien vermachte.

Das Spital wurde nach Verzögerungen erst 1915 eröffnet und existierte bis 2016.

Preyer liegt in einem Ehrengrab auf dem Wiener Zentralfriedhof (Gruppe 32 A, Nummer 8).

1912 wurde die Preyergasse in Wien-Hietzing nach ihm benannt.

Im Laufe seines Lebens verfasste Preyer über 600, nur vereinzelt gedruckte Kompositionen von geistlichen und weltlichen Musikstücken:

4 Requien, 5 Te Deums, etwa 25 Messen, Hymnen und Responsorien für die griechische Kirche, Orgelwerke (auch vierhändige sowie eine Doppelfuge über ein Thema von Abbé Stadler), zwei Symphonien, Streichquartette, Klavierstücke und Lieder.