Jómódú bécsi zsidó családban látta meg a napvilágot egy fakereskedő fiaként. Bettelheim a bécsi egyetemen művészettörténetet és pszichológiát hallgatott, de 1921-től, amikor apja gerincvelő-sorvadásban megbetegedett, nemzetközi kereskedelmi tanulmányokat is folytatott. Apja halála után vezette a családi vállalkozást, ám a bölcsésztudományokkal való foglalatosságot sem adta fel. Lelkes híve volt Freudnak, foglalkozott a művészetpszichológia pszichoanalitikus irányú megközelítésével, majd a gyermek fejlődéspszichológiájával.

1938-ban ledoktorált, speciális érdeklődési területe az érzelmileg sérült, főleg autista gyermekek kezelése volt. Ausztriát még abban az évben megszállták a németek, Bettelheimet előbb Dachauba, majd Buchenwaldba deportálták, lágerélményeiről Az egyén és a tömeg viselkedése szélsőséges helyzetekben című tanulmányában számolt be. 1939-ben amerikai segítséggel kiszabadult a lágerből, és az Egyesült Államokba utazott, a Chicagói Egyetem tudományos munkatársa lett. 1942-44 között az illinois-i Rockford College docense volt, hallgatói valósággal rajongtak az irodalom, a filozófia, a művészetek, a pszichológia területén egyaránt otthonosan mozgó tanárért.

1944-ben, immár adjunktusként visszatért Chicagóba, ahol kinevezték a Sonia Shankman Ortogenikus Iskola igazgatójává, a posztot 1973-ig töltötte be. A kísérleti jellegű bentlakásos iskolában 6 és 14 év közötti, súlyos érzelmi zavarokkal küzdő, de átlagos vagy átlag feletti értelmi képességekkel rendelkező gyerekekkel foglalkozott, az intézmény lett az autista gyerekekkel folytatott munkájának központja is.

1947-től docensként, majd 1952-től professzorként dolgozott, és főként a pszichoanalízis elveinek, módszereinek a gyereknevelés területén való alkalmazhatósága foglalkoztatta. Írásaiban is azt vizsgálta, milyen terápiák segítségével lehet a sérült gyermekek érzelmi szenvedését csökkenteni, de az egészséges gyerekekkel való hatékony foglalkozáshoz is útmutatót nyújtott. Az autistákról szól A kiürült erőd című könyve, az izraeli kibucok közösségi gyerekneveléséről Az álom gyermekei, a tündérmeséknek a gyermeki fejlődésben betöltött szerepével foglalkozik A mese bűvölete és a bontakozó gyermeki lélek, amelyért 1977-ben Nemzeti Könyvdíjat is kapott.

Írásaiban és előadásaiban is azt hirdette, hogy

"nincsenek tökéletes szülők, és nincsenek tökéletes gyerekek, de mindenki képes lehet arra, hogy elég jó legyen".

Az elég jó szülő című, 1950-ben megjelent könyvében kifejtette: a jó nevelés alapja a megértés, azaz a másikban lévő fogyatékosság megértése, elsősorban azáltal, hogy a magunk fogyatékosságait, gyengeségeit, esendőségét is elismerjük.

Imádott felesége 1984-es halála, majd egy agyvérzés után Bettelheim depresszióval küzdött, és 1990. március 13-án Silver Springben, egy szanatóriumban öngyilkos lett.

Bettelheim személye és munkássága még életében számos vitát generált. Halála után tizenöt évvel, 2005-ben jelent meg magyarul Richard Pollak műve Az igazi Bruno Bettelheim címmel, amely hiteles képet próbál nyújtani a tudósról.