Élevé à Naples, au conservatoire de San Sebastiano, il a pour maîtres de composition Giovanni Furno, Giacomo Tritto et Niccolò Antonio Zingarelli. Il n'a pas encore terminé ses études lorsqu'il fait représenter sur la scène du conservatoire un petit opéra intitulé Adelson e Salvini, joué par trois de ses disciples. La fortune semble, dès ses débuts, le prendre en main car il se voit presque aussitôt chargé d'écrire pour le Teatro San Carlo (le premier de Naples) Bianca e Gernando, joué en 1826 par Giovanni Battista Rubini, Luigi Lablache et la soprano Adelaide Tosi. L'ouvrage est si bien reçu que Bellini est immédiatement invité à composer pour la Scala de Milan Il pirata (1827), qui obtient un succès éclatant.

Bellini compose ensuite La straniera, Zaira et I Capuleti ed i Montecchi. Sa renommée est établie lorsqu'il revient à Milan donner son premier chef-d'œuvre : La sonnambula, qui fait résonner son nom aux quatre coins de l'Europe. À la fin de cette même année 1831, et de nouveau à Milan, il fait représenter Norma, son œuvre la plus connue. En 1833, Bellini donne à Venise Beatrice di Tenda. Sur l'initiative de Rossini, il est alors chargé de composer un opéra nouveau pour le Théâtre-Italien de Paris. Il vient donc en France, s'installe à Puteaux où il écrit I puritani, qui est représenté en 18352 et fait un triomphe. Le compositeur meurt quelques jours plus tard.

Inhumé au cimetière du Père-Lachaise (division 11), il fut exhumé 40 ans après sa mort et ses restes transportés à Catane, sa ville natale, où il est enterré dans la cathédrale Sainte-Agathe.