Après plus de neuf mois de transport en bateau, Claude Gay arrive au Chili en 1828, impatient de se mettre au travail. Son séjour au Chili s’étend de 1828 à 1842, ce qui lui permet de recueillir des notes et des échantillons riches, ainsi que des croquis géographiques et des observations géologiques importants. Il cartographie jusqu’au territoire des Indiens Araucanos.
Benjamín Vicuña, gouverneur de Santiago, le fait appeler dans son cabinet pour lui proposer de faire un voyage scientifique qui aurait pour but d’étudier le Chili sous toutes les faces. Il s’agissait de le faire connaître en priorité aux citoyens et citoyennes du Chili, puis de transmettre ces connaissances à l’étranger.
Le 14 septembre 1830, le jeune naturaliste signe avec le ministre un contrat qui stipule lui devoir sept années de service pour atteindre ces objectifs, mettant en gage à la fois son honnêteté, mais également ses livres et ses collections déjà fournies. L’intérêt était de rationaliser l’exploitation de la nature par les habitants et les habitantes, en leur faisant connaître leur territoire.
Il consacre près de 12 ans à l’exploration Chili, traversant les déserts d’Atacama, longeant la cime du volcan d’Antuco, explorant les Cordillères d’Elqui, les lagunes de Valdivia et les forêts primitives de Chiloé.
