Hijo del organista Rosario Bellini, recibió las primeras lecciones de música de su padre y de su abuelo, Vincenzo Tobia. Bellini fue un niño prodigio que comenzó a estudiar teoría musical a los dos años de edad, piano a los tres y que a los cinco era capaz de tocarlo con soltura. Su primera composición data de cuando tenía seis años.

Con una beca que le proporcionó el Duque de San Martino ingresó en Colegio de San Sebastián de Nápoles, donde estudió armonía con Giovanni Furno, contrapunto con Giacomo Tritto y composición con el célebre Nicola Zingarelli.

Compuso música sacra (motetes, misas, etc.), de cámara, un famoso concierto para oboe y sinfónica, pero es la ópera el género musical que le dio fama. El estreno de su primera ópera, Adelson e Salvini, se produjo en 1825. Domenico Barbaja, director del Teatro de San Carlos de Nápoles y de La Scala de Milán, se interesó por ella, encargándole varias obras posteriormente.

Entre sus obras más difundidas se encuentran Norma, I Capuleti e i Montecchi, La Sonnambula, I Puritani y Beatrice di Tenda. 

Luego de tratar de introducirse en el ambiente operístico de Londres con escasa resonancia, Bellini se retiró a París. En Francia le sorprendió la muerte a los 34 años, tras una infección intestinal, probablemente contraída a principios de 1830.

Bellini fue enterrado en el Cementerio del Père Lachaise, donde permaneció durante más de 40 años, cerca de Chopin y Cherubini. En 1876 su cuerpo fue trasladado a la catedral de Catania.