Родился 10 апреля 1937 г. в поселке Владимиро-Шимановском Дальневосточного края РСФСР (ныне г. Шимановск, Амурская обл.).
В 1961 г. окончил Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта (ныне Дальневосточный государственный университет путей сообщения). Во время каникул подрабатывал по специальности - был дежурным на посту электрической централизации станции в Шимановске, поездным диспетчером на станции Сковородино (Амурская обл.).
После вуза был направлен на работу диспетчером на станцию Тайшет, начальную точку строившейся Байкало-Амурской магистрали (БАМ). Уже через год был назначен старшим помощником начальника станции, а в 1963 г. - ее главным инженером.
В 1965-1974 гг. работал заместителем начальника, начальником отдела движения и пассажирской работы, затем начальником Нижнеудинского отделения Восточно-Сибирской железной дороги (ВСЖД, г. Нижнеудинск, Иркутская обл.).
В 1974-1975 гг. возглавлял Тайшетское, а в 1975-1977 гг. - Красноярское отделение ВСЖД. В 1977-1979 гг. был первым заместителем начальника ВСЖД. С 1979 по 1984 г. возглавлял Красноярскую ЖД.
В марте 1984 г. Геннадий Фадеев был переведен в Ленинград (ныне Санкт-Петербург) на пост начальника Октябрьской железной дороги. В 1987 г. был назначен заместителем министра путей сообщения СССР Николая Конарева, в 1988-1991 гг. занимал пост первого заместителя министра путей сообщения (министерство в те годы возглавляли Николай Конарев и Леонид Матюхин).
В 1985-1992 гг. Фадеев был депутатом Верховного Совета РСФСР 11-го и 12-го созывов.
С 20 января 1992 г. по 9 августа 1996 г. Геннадий Фадеев занимал пост министра путей сообщения РФ. Под его руководством была сохранена координация работы железных дорог бывших союзных республик, имеющих общую колею. Также запущена программа импортозамещения: поскольку во времена Советского Союза значительная доля подвижного состава производилась в странах Совета экономической взаимопомощи и в Латвии, было налажено производство: магистральных локомотивов - в Коломне (Московская обл.) - вместо Чехословакии; электропоездов - в Демихово (Московская обл.) и Торжке (Тверская обл.) - вместо Латвии; пассажирских вагонов - в Твери - вместо Германии.
В 1996-1999 гг. Геннадий Фадеев являлся первым секретарем международной ассоциации "Координационный совет по транссибирским перевозкам".
С 3 марта 1999 г. по 4 января 2002 г. был начальником Московской железной дороги. Под руководством Фадеева на столичном узле впервые появились электропоезда-экспрессы до ближайших областных центров, запущен экспресс от Павелецкого вокзала до аэропорта Домодедово. Также при нем на московском железнодорожном узле впервые появились турникеты.
C 4 января 2002 г. по 22 сентября 2003 г. чиновник во второй раз занимал пост министра путей сообщения РФ. Под его руководством началась реформа железнодорожного транспорта. Было создано ОАО "Российские железные дороги", пост президента которого Геннадий Фадеев занял 22 сентября 2003 г.
Во время руководства Фадеевым российскими железными дорогами в 2002-2005 гг. была завершена электрификация Транссибирской магистрали, окончено строительство БАМа (открыт Северомуйский тоннель). Также при Геннадии Фадееве для нужд перевозок в ближнем Подмосковье (электропоезда "Спутник") и экспресс-маршрутов в московском регионе была запущена программа модернизации с продлением срока эксплуатации старого подвижного состава рижского производства. В 2006 г. программу признали неудачной и досрочно свернули из-за банкротства предприятия "Спецремонт". Почти все поезда модернизированной серии к началу 2010-х гг. были сняты с маршрутов. Также при участии Фадеева в апреле 2005 г. был заключен контракт на закупку в Германии с последующей локализацией производства 52 скоростных поездов Siemens Velaro ("Сименс Веларо", впоследствии получили название "Сапсан"). Однако после отставки Фадеева контракт пересмотрели, от локализации отказались, первоначальный контракт был уменьшен до восьми составов.
14 июня 2005 г. распоряжением правительства РФ вместо Геннадия Фадеева президентом РЖД был назначен Владимир Якунин.
В 2005-2007 гг. Геннадий Фадеев был помощником премьер-министра РФ Михаила Фрадкова, членом совета директором РЖД.
С 2015 г. - советник (на общественных началах) главы РЖД Олега Белозерова.
Заслуженный работник транспорта РФ (2009).
Геннадий Фадеев награжден советскими орденами Октябрьской Революции, Трудового Красного Знамени, Знак Почета. Полный кавалер российского ордена "За заслуги перед Отечеством" (2016, 2001, 1995, 2005). Отмечен благодарностями президента РФ (1995, 1996, 2007)
Автор книги воспоминаний "Судьба моя - железная дорога" (2007).