Mutationer av NR5A1-genen hittades i en liten andel infertila män, rapporterar American Journal of Human Genetics.
Forskare från Pasteur Institute i Frankrike och University College London sade att det kunde hjälpa läkare undersöka män med tillståndet.
En brittisk expert sade att han hoppades att ytterligare gendefekter kunde hittas.
I de flesta fall kan läkare inte finna någon orsak till manlig infertilitet, trots att det står för upp till hälften av de fall där par har svårt att skaffa sig barn.
Manlig infertilitet verkar vara vanligare inom vissa familjer, och detta får forskare att tro att det kan finnas en genetisk rot för vissa fall, men bara en handfull genmutationer som kan vara ansvariga har faktiskt hittats.
Den senaste forskningen undersöker en gen som redan är känd för att vara involverad i sexuell utveckling hos både män och kvinnor - defekter i NR5A1 har kopplats till fysiska defekter i utvecklingen av testiklarna eller äggstockarna.
Deras fynd tyder på att även om det inte finns några fysiska bevis för ett problem, defekter i genen kan hämma förmågan att göra spermier.
De tittade på genen i 315 till synes friska män som hade en oförklarlig oförmåga att producera spermier.
Från denna grupp fann de mutationer i genen i bara sju, och närmare undersökning visade att männen hade ändrade nivåer av könshormoner och, i ett fall, milda avvikelser i cellstrukturen i testiklarna.
Forskningsförfattarna, från UCL Institute of Child Health i London och Institut Pasteur i Paris, sade: "Vi drar slutsatsen att cirka 4% av män med annars oförklarlig underlåtenhet att producera spermier bär mutationer i NR5A1-genen."
Även om fyndet bara skulle påverka en liten del av infertila män, andra specialister tror att andra liknande upptäckter kan bidra till att bygga upp en tydligare bild av ursprunget till tillståndet.
Dr Allan Pacey, lektor i androgologi vid universitetet i Sheffield, sade att det fortfarande fanns "ohyggligt lite" känt om genetiken bakom manlig infertilitet.
– Med tanke på spermaproduktionsprocessens komplexitet är det troligt att många gener är inblandade och därför kan det finnas gendefekter kopplade till infertilitet.
"Även om denna gendefekt bara påverkar ett litet antal män, behöver vi fler studier som denna så att vi kan fylla i luckorna i vår kunskap och eventuellt en dag bygga ett robust diagnostiskt test för manlig fertilitet baserat på genetik."
En felaktig gen kan hjälpa till att förklara några fall av oförklarlig manlig infertilitet, enligt forskning.