Родился 25 марта 1881 года в селе Надьсентмиклош (ныне Румыния) в семье директора сельскохозяйственного училища венгра Белы Бартока и сельской учительницы, этнической немки, урождённой Паулы Фойт (Voit). Первые уроки игры на фортепиано получил от матери. После смерти отца (1888) семья переехала в Севлюш (ныне город Виноградов Закарпатской области Украины), где Паула работала в начальной школе.
В том же городе в 1892 году состоялось первое публичное выступление Белы Бартока.
Он сыграл на благотворительном концерте первую часть из сонаты № 21 Бетховена и написанную им самим фортепианную пьесу Течение Дуная. После успешного концерта директор местной школы предоставил матери Бартока годовой отпуск для поездки в Пожонь (ныне Братислава), где юный Барток брал уроки фортепиано и гармонии у Ласло Эркеля.
Но уже осенью 1893 года уроки прекратились: мать получила назначение в школу словацкого города Банска-Быстрица.Бела Барток в 1899 годуВ январе 1899 года Бартока прослушал в Будапеште профессор Иштван Томан, ученик Листа. Осенью того же года Барток поступил в столичную музыкальную академию, где его преподавателями были Ганс Кёслер (композиция) и Иштван Томан (фортепиано).
С 1907 года Барток — профессор Будапештской музыкальной академии по классу фортепиано. Педагогическую деятельность совмещал с концертированием (особенно часто и с особым блеском исполнял произведения Листа).
В период Венгерской советской республики 1919 года участвовал в директории музыкантов (вместе с Белой Рейницем, Золтаном Кодаем, Эрнё Донаньи). После поражения революции и начала «белого террора» подумывал об эмиграции, но в итоге остался в стране.Первым браком был женат на Марте Циглер (1893—1967), от которой у него был сын Бела (род. 1910).
В 1923 женился вторым браком на своей молодой ученице, пианистке Дитте Пастори (1903—1982); в 1924 у пары родился сын Петер.
В 1920-х годах много гастролировал как пианист в Европе и США.
В 1929 году Барток побывал с гастролями в СССР (концерты в Москве и Ленинграде).Барток был антифашистом и после прихода нацистов к власти отказался выступать в Германии. После аншлюса вышел из Союза композиторов Австрии и перевёз свои нотные рукописи в Швейцарию.
С началом Второй мировой войны в 1940 году эмигрировал в Нью-Йорк, где читал лекции и продолжал исследовательскую работу в Колумбийском университете, сотрудничал с Бенни Гудменом, С. А. Кусевицким, И. Менухиным, Ф. Райнером, много записывался на грампластинки. Незадолго до смерти запросил и получил (в 1945 году) американское гражданство. Скончался от лейкоза.Неоконченные Бартоком 3-й фортепианный концерт и Концерт для альта с оркестром завершил Тибор Шерли.
В 1988 году прах композитора был перенесён на кладбище Фаркашрети в Будапеште.