Christophe Gay-Belille entame sa carrière chez Hewlett Packard où il est responsable de la logistique et du développement commercial. Il rejoint à partir de 2003 Rohm and Haas chez qui il évolue de la chaîne d'approvisionnement au sein du secteur d'activités des résines échangeuses d'ions vers les postes de Responsable Europe du Service client puis de Responsable Europe du Service technique. A l'occasion du rachat de Rohm and Haas par Dow en 2009, il est nommé Responsable Commercial Europe de la division Dow Water & Process Solutions pour les produits de spécialité. Il a également couvert les activités commerciales en Europe de l'Est en 2011.
La division Water & Process Solutions du groupe Dow fournit des membranes et des résines échangeuses d'ions utilisées sur l'ensemble des applications de traitement de l'eau – eau potable et eau de fabrication des procédés industriels. Pour Christophe Gay-Belille, il est prioritaire de fournir des solutions de qualité pour « augmenter les ressources disponibles en eau douce (en dessalant l'eau de mer par exemple) ainsi que de favoriser le plus possible le recyclage de l'eau, avec la meilleure efficacité possible ».