Родился в тосканском городе Пистойя, рано остался без отца. Закончил Пизанский университет в 1846 году. Принимал участие в вооружённой борьбе за объединение Италии, затем стал преподавателем в Пизанском университете.
Бетти преподавал также в пизанской Высшей нормальной школе, а с 1864 года стал её директором. В эти годы Высшая нормальная школа стала ведущим учебным заведением Италии. Многие крупные математики Италии второй половины XIX века учились на его лекциях.
Первоначально (1850—1860) исследования Бетти относились к алгебре (теория Галуа), математическому анализу (эллиптические функции), теории функций. Во время путешествия по Европе (1858) познакомился с Риманом, увлёкся его идеями и продолжил его работы по многомерной геометрии и математической физике. В 1871 году Бетти опубликовал статью «О пространствах произвольного числа измерений» (Sopra gli spazi di un numero qualunque di dimensioni), где появилось понятие, позднее названное «числами Бетти». Название термину дал Анри Пуанкаре, завершивший создание фундамента топологии.
Бетти внёс вклад в многомерную теорию связности поверхностей, в теорию потенциала. В физике исследовал проблемы распространения тепла, гидродинамики, теории капиллярности. В теории упругости открыл важную теорему Бетти.
С 1862 года — член итальянского парламента, в 1884 году стал сенатором.
Упомянутая выше самая известная статья Бетти «О пространствах произвольного числа измерений»:
Двухтомник сочинений Бетти издан посмертно в 1903-1913 годах: