Sieben Jahre später folgte mit "Gravity" (2013) erneut die Regie bei einer internationalen Kinoproduktion, für die Cuarón gemeinsam mit seinem Sohn Jonás auch das Drehbuch schrieb sowie als Koproduzent fungierte. Der Science-Fiction-Thriller stellt eine brillante Medizintechnikerin und einen erfahrenen Astronauten (dargestellt von Sandra Bullock und George Clooney) in den Mittelpunkt, die bei einer Routinemission im Weltraum verunglücken. Der 3D-Film eröffnete als Welturaufführung außer Konkurrenz am 28. August 2013 die 70. Internationalen Filmfestspiele von Venedig und brachte Cuarón unter anderem den Oscar und den Golden Globe Award als bester Regisseur ein.