En 1890, il prit soin de Vincent Van Gogh qu’il poussa à peindre. Amateur d’art, peintre lui-même, il signait ses toiles Paul van Ryssel et participait à des expositions.
Sa maison d’Auvers devint un lieu où se côtoyaient un grand nombre d'artistes, notamment des impressionnistes.
A sa mort, Paul Gachet était à la tête d’une fabuleuse collection. Il fut inhumé au cimetière du Père-Lachaise où il rejoignit sa femme. Avec eux repose également leur fille restée célibataire.
Ce bon docteur Gachet qui veillait si bien sur Vincent...Si bon que cela le docteur Gachet ?
Ses deux enfants héritèrent de sa collection secrètement préservée dans la fameuse maison d’Auvers et dont tout le monde ignorait le contenu exact, attisant les curiosités. Puis coup de théâtre, en 1949, Paul et Marguerite offrirent au Louvre deux chefs-d’œuvre de Van Gogh – le magnifique Autoportrait de Saint-Rémy-de-Provence et un Portrait du Dr Gachet –, accompagnés d’un Autoportrait de Guillaumin. Marguerite mourut la même année.
En 1951, son frère fit encore deux donations : l’une au Louvre, l’autre au Palais des beaux-arts de Lille.
Par ailleurs, le Louvre lui acheta l’Église d’Auvers pour la moitié de sa valeur. Enfin, en 1954, Paul Gachet offrit à nouveau plusieurs tableaux dont quatre Van Gogh.
Jamais montrées pendant plusieurs décennies, ces œuvres étaient pour la plupart peu connues. Aussi, lorsque le Musée de l’Orangerie présenta la presque totalité des donations Gachet dans sa spectaculaire exposition de 1954, quelques critiques émirent des doutes sur leur authenticité. On fit remarquer que le docteur Gachet et son fils étaient des artistes amateurs, qu’ils avaient donc très bien pu produire des faux, eux ou des proches, et les ajouter aux œuvres authentiques de leur collection. Ces incertitudes s’expliquaient surtout par le nombre incroyable de toiles – environ quatre-vingts – que Van Gogh aurait exécutées durant ses soixante-dix derniers jours à Auvers.
Le fils de Théo van Gogh, Vincent Willem van Gogh, leur ayant ajouté foi, les arguments avancés gagnèrent en crédibilité.
Depuis, l’imputation de faux aurait été prouvée entre autres avec l'eau-forte de "L'Homme à la Pipe" autour de laquelle toute une légende fut fabriquée par le docteur et son fils accusé d’avoir habilement perpétué la mémoire de son père en exagérant la relation qu'il eût avec Van Gogh au point de devenir un acteur incontournable de la légende faite autour de l'artiste.
Paul mourut à 89 ans laissant les experts alimenter la controverse qui perdure.