Conocido en Francia como "Bebel" y nacido el 9 de abril de 1933 en Neuilly-sur-Seine, creció en una familia de artistas -su padre era un conocido escultor. Saltó al estrellato al protagonizar junto a Jean Seberg Al final de la escapada (1960) del director Jean-Luc Godard. Con este título se convirtió en uno de los rostros de la Nouvelle Vague, el movimiento artístico nacido a finales de los años 50 en Francia que buscaba romper con la manera convencional de hacer cine por aquel entonces. 

A lo largo de su carrera, Belmondo trabajó en diferentes géneros cinematográficos como la comedia y el 'thriller' y acumula un total de 92 créditos como actor.

Antes de embarcarse en la industria cinematográfica, Belmondo inició su carrera como en el teatro. En el cine, participó en filmes como Borsalino (1970) de Jacques Deray y El hombre de Río (1964) de Philippe de Broca. Esta última película dio un giro a su carrera llevándola a un cine más comercial. A lo largo de su vida, Belmondo trabajó con directores como François Truffaut en La sirena del Mississipi (1969), Claude Lelouch en Del amor y de la infidelidad (1969) y el ya mencionado Godard.

En 2001, Belmondo sufrió un infarto cerebral y eso le llevó a alejarse del mundo del cine y de la televisión, medio para el que también trabajó. Su última película como actor fue Un homme et son chien (2008), dirigida por Francis Huster. En 2009 participó en el cortometraje Allons-y! Alonzo!