Jean-Paul Belmondo est issu d’une famille d’artistes , son père Paul, est un célèbre sculpteur et sa mère est artiste-peintre. Peu enclin aux études, il se dirige vers le sport. Il va longtemps pratiquer la boxe comme amateur, mais également brièvement comme professionnel.

À 16 ans, il change de voie et décide de devenir acteur. Il suit des cours de théâtre afin d’intégrer le Conservatoire d’art dramatique, il en sort quatre ans plus tard non diplômé. En 1953 il fait ses débuts au théâtre dans deux pièces : Médée et Zamore. S’ensuivent de nombreuses pièces de théâtre, avant de débuter avec un petit rôle au cinéma dans Sois belle et tais toi en 1958. La même année il est mobilisé et part en Algérie.

À son retour il tourne avec Jean-Luc Godard, et c’est la consécration avec la sortie en 1960 du film À bout de souffle, où il a le premier rôle. C’est un succès commercial et critique, et Jean-Paul Belmondo devient un des acteurs les plus en vue de la Nouvelle-Vague. Il devient une figure du cinéma français, et les réalisateurs se l’arrachent. Il se retrouve à l’affiche de nombreux films (34 !) dans les années 60, pouvant jouer différents rôles. Il remporte de grands succès avec plusieurs films : Cartouche (1962), Un singe en hiver (1962), L’aîné des Ferchaux (1963). En 1964 L’homme de Rio est un énorme succès avec 5 millions de spectateurs ! Les tournages et les succès s’enchaînent. Au milieu des années 70 il change de registre et joue dans des films écrits pour lui, où il incarne un héros solitaire (Le Magnifique, Peur sur la ville, Flic ou voyou). Sa carrière atteint son apogée de la fin des années 70 au milieu des années 80, chacun des ses films étant un succès commercial. Le Professionnel (1981), L’As des as (1982), Le marginal (1983) atteignent ou dépassent les 5 millions d’entrées !

Souhaitant changer de registre, suite à de nombreuses critiques sur ses rôles répétitifs, il joue dans deux comédies Joyeuse Pâques (1984) et Hold-Up (1985). A cette même époque Jean-Paul Belmondo souhaite revenir sur les planches. En 1987, Robert Hossein lui propose de revenir au théâtre dans Kean, c’est un triomphe. Il revient au cinéma en interprétant le rôle principal dans Itinéraire d’un enfant gâté (1998), il retrouve le succès au cinéma et gagne le César du meilleur acteur.

Désirant se consacrer au théâtre il s’éloigne pour quelques années du cinéma, et connaît de nombreux succès notamment avec Cyrano de Bergerac, Tailleur pour dames, La Puce à l’oreille. Il revient au cinéma en 1992 avec L’Inconnu dans la maison, puis Les misérables en 1995. Ce retour au cinéma n’est pas un grand succès, ses films suivants ne rencontrent pas non plus leur public.

En 2001 il est victime d’un accident vasculaire cérébral, qui le paralyse. Mais Le Magnifique ne se laisse pas abattre, s’ensuit une longue rééducation qui lui permet de retrouver ses facultés. Après cette longue absence, bien qu’étant encore diminué, il accepte de jouer dans Un homme et son chien en 2008. En 2013 il est à l’affiche du film Les Bandits manchots.

Il meurt le 6 septembre 2021, à l'âge de 88 ans. Le 9 septembre 2021, un hommage aux Invalides, va lui être rendu. Le 10 septembre 2021, les obsèques se déroulent dans l'intimité familiale à l'église de Saint-Germain-des-Prés.

Grand séducteur dans ses films, Jean-Paul Belmondo va l’être aussi dans sa vie. Il se marie en 1959 avec Elodie Constantin, une danseuse. Ensemble ils ont 3 enfants : Patricia (1954, décédée en 1994), Florence (1960) et Paul (1963). En 1965, sur le tournage du film Les tribulations d’un chinois en Chine, il a le coup de foudre pour Ursula Andress. Sa femme demande le divorce en 1966. En 1972 il vit une histoire d’amour avec Laura Antonelli. En 1989 il rencontre une ancienne coco-girl, Natty. Le 30 décembre 2002 ils se marient, et Stella, leur fille, naît le 13 août 2003. Surprise, après presque 20 ans de vie commune, le couple se sépare en 2008. La même année il rencontre Barbara Gandolfi, femmes d’affaires belge et ex-mannequin à la vie sulfureuse. Cette liaison suscite l’intérêt de la presse qui l’accuse de profiter de l’acteur. En 2012, l’avocat de Jean-Paul Belmondo annonce la séparation du couple. Il est également le grand-père de 6 petits-enfants.