Syn francouzského sochaře Paula Belmonda a malířky Madeleine Reinaud-Richardové studoval herectví na Conservatoire National Superieur d’Art Dramatique. Je považován za představitele francouzské nové vlny. První zlomovou rolí se pro něj stala postava Michela Poiccarda alias Laszla Kovacse ve filmu U konce s dechem Jeana Luca Godarda z roku 1960.

Většině diváků se ovšem vryl do paměti především jako představitel postav policistů, dobrodruhů a různých drsných chlapíků, které si zahrál v bezpočtu komedií a akčních filmů. Byl pověstný tím, že své náročné filmové scény točil sám, bez zastoupení kaskadéry. K jeho u nás nejznámějším filmům patří trojice Muž z Ria, Muž z Hongkongu a Muž z Acapulca, pro některé již téměř kultovní Zvíře nebo Veselé Velikonoce.

Za svůj výkon v dramatu Cesta zhýčkaného dítěte byl v roce 1989 oceněn Césarem. Je také držitelem Řádu čestné legie, nejvyššího francouzského státního vyznamenání za kulturní přínos Francii. V roce 2011 obdržel na filmovém festivalu v Cannes Zlatou palmu za celoživotní dílo.

Poslední film, ve kterém se zatím objevil, byl Muž a jeho pes z roku 2008. Údajně plánuje se před kamery ještě vrátit, a to ve filmu Nešikovní banditi režiséra Clauda Lelouche.

Belmondo, neboli Bébel, jak mu přezdívají jeho fanouškové, byl dvakrát ženatý a má tři děti.