Nel 1984 fu il fondatore del gruppo musicale Ladri di Biciclette , rimanendone il leader fino al 1991, quando scelse di compiere la carriera da solista. Come membro dei Ladri di Biciclette, nel 1989 ha partecipato al Festival di Sanremo (ritornandovi nel 1991 e nel 2009), ed ha vinto il Festivalbar nel 1990 insieme a Francesco Baccini con la canzone Sotto questo sole ed il Telegatto per il gruppo rivelazione dell'anno.Paolo Belli è co-conduttore di due programmi televisivi del sabato sera di Rai Uno, Torno Sabato (condotto da Giorgio Panariello, dal 2000 al 2003) e Ballando con le stelle (condotto da Milly Carlucci, dal 2005 ad oggi), dove ne cura anche le sigle. Ha anche composto Juve, storia di un grande amore, inno usato dalla squadra di calcio della Juventus a partire dal 2007. Nel 2009 ha partecipato per la terza volta al Festival di Sanremo in trio con Pupo ed Youssou N'Dour con la canzone L'opportunità.