Em síntese, podemos dizer que os dois termos, pagãos e gentios, são sinônimos, definindo aqueles que não pertenciam à religião judaica ou cristã. Os dois vocábulos têm nuances diferentes, que podemos ver aqui em detalhe

Gentios

Esse vocábulo, normalmente usado no plural, deriva do latim "gentes", cujo plurale, sempre em latim, é "gentilis", que literalmente significa "que pertencem aos povos", aos às etnias. Com o tempo passou a significar "de boa etnia" e daí vem o significado que é mais comum hoje entre nós, quando se diz, por exemplo, "uma pessoa gentil" (uma pessoa de boa etnia).

Essa palavra latina é uma tradução do grego  éthnē, (ἔθνη, "as nações", "os povos", "as gentes" (plural =  ethnōn)), que por sua vez traduz a palavra hebraica gōyīm, termo entendido como "não judeu".

Para tomar um exemplo bíblico, podemos ver Mateus 4,15-16, que cita uma passagem de Isaías 8,23:

 «Terra de Zabulon, terra de Neftali, caminho do mar, região do outro lado do rio Jordão, Galiléia dos que não são judeus! 16 O povo que vivia nas trevas viu uma grande luz; e uma luz brilhou para os que viviam na região escura da morte.»

Essa versão traduz  Γαλιλαία τῶν ἐθνῶν (galilaia ton ethnōn) com "Galileia dos que não são Judeus", mas poderíamos tranquilamente traduzir como "Galileia dos Gentios", que em Isaías, em hebraico, é "gelil ha-goyîm".

Portanto, no Antigo Testamento o gentil é aquele que não é judeu.

Na linguagem do Novo Testamento continua presente esse conceito de não-judeu, mas se acrescenta também aquele de quem no mundo grego-romano não era convertido ao cristianismo. Paulo se tornou o enviado de Deus para transmitir o Evangelho, a Boa Nova, a essas pessoas e se torna o "apóstolo dos gentios".

Pagão

A origem dessa palavra é mais complexa. O vocábulo paganus, em latim, significa "habitante da aldeia". Alguns dizem que o uso dessa palavra para definir o conceito que hoje usamos para esse termo é devido ao fato que nas aldeias, regiões periféricas, a religião antiga sobreviveu, enquanto que nas áreas centrais a religião principal se impôs de maneira mais rápida, seja ela o cristianimso que outra religião institucional.

Outros, ao invés, dizem que existia uma entidade dita "pagus", que tinha uma valência religiosa, com festas públicas sagradas. O pagão, nesse caso, seria aquele que, diante da proposta cristã, se mantinha fiel aos valores sagrados tradicionais do "pagus".