Образование получил в Морском кадетском корпусе в Кронштадте, где в 1797 году был выпущен в чине мичмана. В период с 1803 по 1806 год участвовал в 1-м русском кругосветном плавании на корабле «Надежда» под командованием И. Ф. Крузенштерна. После возвращения из экспедиции продвинулся до капитан-лейтенанта, командовал различными кораблями на Балтийском и Чёрном морях, уточнив и составив карты этих регионов.
16 июля 1819 года — Началась кругосветная экспедиция шлюпов «Восток» и «Мирный» (командир Беллинсгаузен) и «Мирный» (командир М. П. Лазарев), направленную в Антарктику с целью максимального проникновения в южную приполярную зону и открытия неизвестных земель. Экспедиция открыла несколько островов в антарктической части Атлантического океана, а 16(28) января 1820 года обнаружила Антарктиду в точке 69°21′ южной широты и 2°14′ восточной долготы. Во время этого путешествия Беллинсгаузен и Лазарев впервые увидели ледяные берега и сделали вывод, что перед ними «льдинный материк». В 1821 году были открыты острова, названные в честь Петра I, и берег, названный именем Александра I. Экспедиция также открыла ряд островов в тропической части Тихого океана. После 751-дневного похода суда вернулись в Кронштадт 24 июля (5 августа) 1821 года.
В период с 1828 по 1829 год в звании контр-адмирала Беллинсгаузен участвовал в русско-турецкой войне, в частности, во взятии крепости Варна. С 1839 года занимал должность военного губернатора Кронштадта и являлся членом Адмиралтейского совета с 1843 года.
Именем Беллинсгаузена были названы море в Тихом океане, мыс на южной части Сахалина и остров в архипелаге Туамоту.
