Родился в банатском селе Надьсентмиклош, в семье директора сельскохозяйственного училища, музыканта-любителя (играл в местном оркестре) и учительницы. Барток в детстве рос в атмосфере, насыщенной музыкой, слушал концерты оркестра отца и исполнения матери-пианистки. Уже в четыре года Барток знал множество народных песен и наигрывал их мелодии одним пальцем; а в пять лет получил первый урок игры на фортепиано от матери, а уже через месяц они вместе играли в четыре руки пьесу, приготовленную ими ко дню рождения отца.
Детство Бартока было омрачено болезнями, а затем и смертью отца в 1888 году. После смерти отца семья переселяется в Надьсёллёш (ныне г.Виноградов на Украине). Там мать, Паула Барток, получает место учителя в начальной школе.
1 марта 1892 года в Закарпатье состоялось первое публичное выступление Белы Бартока. Он сыграл на благотворительном концерте первую часть из сонаты № 21 Бетховена, и фортепианную пьесу Течение Дуная, написанную самим Бартоком. Успех концерта имел важное последствие: директор местной школы предоставил матери Бартока годовой отпуск для поездки в Братиславу, где юный Барток получил возможность брать уроки фортепиано и гармонии у Ласло Эркеля, сына Ференца Эркеля. Но уже осенью 1893 года уроки прекратились: мать получила назначение в школу города Банска-Быстрица.
В январе 1899 года Бартока прослушал в Будапеште профессор Иштван Томан, ученик Листа, в результате чего осенью Барток поступает без экзаменов в столичную музыкальную академию. В академии его преподавателями были Ганс Кёслер (композиция) и Иштван Томан (фортепиано). В академии Барток сразу обратил на себя внимание как одарённый молодой музыкант. Особенно он преуспел в фортепианной игре.
С 1907 года профессор Будапештской музыкальной академии по классу фортепиано. Педагогическую деятельность совмещал с концертированием (особенно часто и с особым блеском исполнял произведения Листа) и изучением крестьянского фольклора (в частности, венгерского, румынского, словацкого, турецкого), вместе с Золтаном Кодаем собрал свыше 30 000 песен. В 1936 записывал народные мелодии в Анатолии, где ему помогал Ахмед Аднан Сайгун.
В 1940 эмигрировал в Нью-Йорк. Скончался от лейкоза. Недописанные им финал 3-го фортепианного концерта и Концерта для альта с оркестром завершил Тибор Шерли.
Соединяя фольклорный мелос с приёмами музыкального авангарда (прежде всего, экспрессионизма), стал одним из наиболее глубоких и влиятельных новаторов в музыке XX века. Ему принадлежат 6 струнных квартетов, одноактная опера Замок герцога Синяя Борода (1918), балеты Чудесный мандарин (венг. ) (1919, был запрещён цензурой за «непристойность»), Деревянный принц (венг. ) (1914—1917), Концерт для оркестра (1942—1945), Музыка для струнных, перкуссии и челесты, два концерта для скрипки с оркестром, симфоническая поэма Кошут, сюиты На вольном воздухе и Микрокосмос и другие сочинения.
Премия Лайоша Кошута (1948, посмертно), Международная премия Мира (1955, посмертно).
В честь Белы Бартока назван кратер на Меркурии.