Родился 25 октября 1838 г. в Париже в семье учителя пения. Заметив музыкальный талант сына, отец отдал его учиться в Парижскую консерваторию. Бизе блестяще окончил её в 1857 г. по классу композиции Ф. Галеви. Уже на выпускном курсе им была написана оперетта «Доктор Миракль».
При окончании консерватории Бизе получил Римскую премию, которая давала право на длительную поездку за казённый счёт в Италию для совершенствования мастерства. В Италии он сочинил свою первую оперу «Дон Прокопио» (1859 г.).
Вернувшись на родину, Бизе дебютировал на парижской сцене оперой «Искатели жемчуга» (1863 г.). Вскоре была создана следующая опера — «Пертская красавица» (1866 г.) по роману В. Скотта.
Несмотря на все музыкальные достоинства, успеха оперы не принесли, и в 1867 г. Бизе вновь обратился к жанру оперетты («Мальбрук в поход собрался»), А в 1871 г. создал новую оперу — «Джамиле» по поэме А. Мюссе «Намуна».
Настоящую известность и славу принесла композитору симфоническая музыка к драме А. Доде «Арлезианка» (1872 г.); впоследствии из неё были составлены две оркестровые сюиты. После «Арлезианки» Бизе опять обратился к опере — в 1875 г. была написана знаменитая «Кармен» по новелле П. Мериме.
Сейчас трудно поверить, что произведение, признанное вершиной французского оперного реализма, обошедшее все оперные сцены мира и ставшее одним из самых любимых и популярных в истории музыки, при первой постановке в Париже успеха не имело и вскоре было снято с репертуара. Провал любимого детища так подействовал на Бизе, с детства страдавшего пороком сердца, что привёл к трагическому концу — он скончался 3 июня 1875 г. в Париже.
После смерти композитора в его бумагах нашли партитуру оперы «Иван Грозный» (1865 г.), которая впервые была поставлена только в 1946 г.