Впервые упоминается под 1064 г. в «Повести временных лет», которая сообщает, что, будучи тмутараканским князем, Глеб Святославич дважды в один и тот же год изгонялся из Тмутаракани своим двоюродным братом князем-изгоем Ростиславом Владимировичем103867. Прсле смерти Ростислава в 1066 г. горожане Тмутаракани «умолили» инока Никона, спасавшегося на далекой русской окраине от гнева киевского властелина, «прийти к Святославу князю и молити его, да пустить сына своего, да сядеть на столе том». После этого Глеб Святославич был отправлен в Тмутаракань.

В 1067 г. получил от своего дяди, князя Изяслава Ярославича105478, Новгород Великий. После вокняжения Всеслава Брячиславича10441101 в Киеве вынужден был вернуться в Тмутаракань, где, по свидетельству надписи на мраморном Тмутараканском камне, «в лето 6576 ( 1068 г.) индикта 6 Глеб князь мерил море по леду. От Тъмутороканя до Кърчева 10000 и 4000 сажен». Возможно, Корчев (Керчь) также входил в состав владений Глеба Святославича .

После бегства Всеслава в Полоцк, согласно сообщению Новгородской летописи под 1069 г., Глеб Святославич руководил новгородским ополчением, защищавшим город от войска Всеслава, которого разбил 23 октября на Гзени, в урочище под Новгородом. «Повесть временных лет» под 1071 г. говорит о нем как о новгородском князе. У В. Н. Татищева под 1073 г. имеется запись о том, что по восшествии Святослава Ярославича107376 на великокняжеский стол Глеб получил от него в держание Переяславскую область.

В 1074 г. приезжал в Киев, где вместе с отцом принял благословение умиравшего Феодосия Печерского. После вокняжения в Киеве Всеволода Ярославича107893 вынужден был в январе 1077 г. вернуться в Новгород.

В 1078 г. при появлении в Новгороде волхвов, подбивавших народ к восстанию против православной церкви и князя, главному из них собственноручно рассек голову топором, вступившись за епископа. Изгнанный за это недовольными новгородцами, Глеб Святославич позвал на помощь Владимира Мономаха111325, но тот не откликнулся на этот призыв, и Глеб Святославич «...бежа за Волок, и убишя и чудь». Погиб 30 мая 1078 г., а Московская летопись добавляет: «...и положен бысть в Чернигове за святым Спасом».