1881. március 25-én született Nagyszentmiklóson zeneszerető családban: több hangszeren is játszó iskolaigazgató apja a helyi műkedvelő zeneegylet elnöke volt. Ötévesen tanítónő anyjától kezdett zongorázni tanulni, kilencévesen már komponált, szerzeményeit két év múlva nyilvános koncerten adta elő. Zenei tanulmányait 1894-ben Pozsonyban kezdte meg, 1899-től a budapesti Zeneakadémia növendéke volt. Zongoristaként tűnt fel, komponálni csak huszonegy évesen kezdett újra. Ebben az időben ismerkedett meg Geyer Stefivel – az ifjú hegedűművésznő iránt táplált reménytelen szerelme döntő szerepet játszott zeneszerzői stílusának kialakulásában.
Tanulmányai befejezése után a magyar népzene felé fordult, Kodály Zoltánnal Magyarországon és a szomszédos országokban több ezer népdalt gyűjtöttek össze, a népi dallam- és ritmusvilág műveik részévé vált. 1907-ben a Zeneakadémia zongora tanszékének tanára lett, s feleségül vette Ziegler Mártát.
Zenéjét kezdetben heves elutasítás fogadta disszonáns hangja, válsághangulata és paraszti színei miatt. 1911-ben írott egyetlen operáját, A kékszakállú herceg várát elutasították, ezért 1912-ben visszavonult a zenei közélettől. 1917-ben aztán nagy sikerrel mutatták be a szintén Balázs Béla szövegkönyvére komponált A fából faragott királyfi című táncjátékát, egy évvel később A kékszakállú herceg várát. Bartók harmadik színpadi művének, A csodálatos mandarinnak 1926-os kölni premierje botrányba torkollott, az 1945-ös magyarországi bemutatót pedig a zeneszerző már nem érte meg.
Bartók a Tanácsköztársaság alatt tagja volt a zenei direktóriumnak, ezért 1920 után a jobboldali sajtó hevesen támadta, szlovák és román népdalgyűjtése miatt pedig hazafiatlansággal is megvádolták. 1923-ban újra megnősült, tanítványát, Pásztory Dittát vette el. Ugyanebben az évben írta Táncszvit című művét a főváros egyesítésének jubileumi ünnepségére. Külföldön egyre nőtt hírneve előadóként és zeneszerzőként is, de otthon egyfajta belső emigrációban élt. A fasizmus fenyegető árnyékában 1930 és 1936 között nem játszotta saját műveit, a náci hatalomátvétel után nem lépett fel többé Németországban, végül 1940-ben a fasizmus elől Amerikába emigrált.
A Columbia Egyetemen folytatta népzenei kutatásait, de utolsó éveiben a leukémia a tanításban és koncertezésben is akadályozta. Utolsó nyilvános koncertjét 1943 januárjában adta New Yorkban. Élete végén írott nagy műve a honvágyát és minden keservét zenébe öntő vallomás, a Concerto, illetve a Yehudi Menuhin számára komponált Hegedű szólószonáta. Brácsaversenye és feleségének ajánlott 3. zongoraversenye torzóban maradt, ezeket Serly Tibor fejezte be.
Bartók Béla 1945. szeptember 26-án hunyt el New Yorkban, hazahozott hamvait 1988. július 7-én Budapesten helyezték végső nyugalomra. 1935-ben lett a Magyar Tudományos Akadémia levelező, 1945-ben rendes tagja, 1948-ban az elsők között kapta meg – posztumusz – a Kossuth-díjat.
A minden műfajban alkotó Bartók dinamikus és változatos stílusát élénk ritmus, a diatonikus és kromatikus elemek együttélése jellemzi. Mesterműve a román népballadára írt Cantata Profana kórusmű, a Zene húros hangszerekre, ütőkre és cselesztára, a Divertimento, a Kontrasztok, az Allegro barbaro című zongoradarab, valamint hat vonósnégyese. Kutatói eredményei is korszakosak, számos népdalgyűjteményt állított össze. Gyermekeknek és Mikrokozmosz című kötetei a zongorapedagógia alapművei, rengeteg cikket írt a kortárs muzsikáról és a népzenéről. Zeneszerzőként, népzenekutatóként, zongoraművészként és tanárként egyaránt maradandót alkotott. Művészi nagysága ellenére szerény maradt, kora egyik legnagyobb humanistája volt.