Bartók syntyi Nagyszentmiklósissa, Unkarissa (nykyisin Sânnicolau Mare, Romania). Hän aloitti pianonsoiton opiskelun varhaisessa iässä ja osoitti suurta lahjakkuutta. Myöhemmin hän opiskeli Budapestin kuninkaallisessa musiikkiakatemiassa, jossa hän tapasi Zoltán Kodályn, josta tuli hänen elinikäinen ystävänsä ja yhteistyökumppaninsa.
1900-luvun alussa Bartók alkoi matkustaa Unkarissa ja muualla Itä-Euroopassa keräten kansanlauluja. Häntä kiehtoi kansanmusiikin monimuotoisuus ja sen käyttömahdollisuudet klassisessa musiikissa. Bartókin kansanmusiikin inspiroimia sävellyksiä ovat muun muassa Romanian tanssit (1915), Unkarilaiset luonnokset (1913-1918) ja Konsertto orkesterille (1943).
Kansanvaikutteisen musiikkinsa lisäksi Bartók kirjoitti myös useita abstrakteja teoksia, kuten jousikvartettit nro 1-6 ja sonaatin kahdelle pianolle ja lyömäsoittimille. Näille teoksille on ominaista monimutkainen rytmi, dissonanttiset harmoniat ja epätavallisten instrumentaaliyhdistelmien käyttö.
Bartók oli myös lahjakas pianisti ja esitti omia teoksiaan kaikkialla Euroopassa ja Yhdysvalloissa. Hän opetti myös pianonsoittoa ja sävellystä Budapestin musiikkiakatemiassa ja Curtis Institute of Musicissa Philadelphiassa.
Bartók kuoli New Yorkissa vuonna 1945 64-vuotiaana. Hän jätti jälkeensä perinnön vaikutusvaltaista musiikkia, jota edelleen esitetään ja jota yleisö nauttii ympäri maailman.