С детства занимался музыкой и вокалом, однако требования семьи, состоявшей из высокопоставленных медиков (дед и дядя Баттистини были личными врачами римских пап), привели к тому, что Баттистини закончил медицинский факультет Римского университета. Однако любовь к музыке победила, и он серьёзно занялся вокалом, обучаясь, в частности, у Венчеслао Персикини, Эудженио Терциани и Антонио Котоньи. Дебютировал в 1878 году в Риме партией Альфонса в опере «Фаворитка» Гаэтано Доницетти. Очень скоро получил славу лучшего итальянского баритона.
С 1881 года постоянно гастролировал, выступая в оперных театрах по всему миру. Первым из оперных певцов начал выступать в Южной Америке (Буэнос-Айрес и Рио-де-Жанейро). Сезон 1882—1883 годов с огромным успехом провел в Испании (Мадрид и Барселона), с 1883 начал выступления в Лондоне, где он собирал полные залы, потом Вене, Париже и Будапеште.
С 1892 стал гастролировать в разных городах России, где тут же был признан бесспорным главным героем оперной сцены и где провел 23 театральных сезона (до 1916), став любимым певцом русских царей и аристократии, в России его называли «королём баритонов и баритоном королей». В 1899 году исполнял партию Евгения Онегина с Крушельницкой в роли Татьяны на премьере в Варшаве (тогда территория России).
После революции гастроли в Россию прекратил.
Женой Баттистини была испанская аристократка Долорес де Фигера из очень знаменитой семьи, среди её родственников много крупных политических и религиозных деятелей.
Как утверждается в книге Д. Самина «100 великих вокалистов»,
Певческую карьеру продолжал до 70 лет (1927). Как отмечал в 1926 г. известный берлинский музыкальный критик Леопольд Шмидт,
В ряде источников учениками Баттистини называют некоторых известных российских певцов — в том числе Александра Батурина и Сергея Мигая; в верности этих сообщений имеются сомнения.