Роберто Росселлини родился 8 мая 1906 года в Риме (Италия) в буржуазной семье. Обучался в Высшей технической школе. В 1938 году он снял свой первый документальный, а в 1941 году и первый художественный фильм.
В 1945 году он снимает свой самый знаменитый фильм «Рим – открытый город», за который был удостоен премии Международного кинофестиваля в Каннах в 1946 году. Именно эта картина стала манифестом направления неореализма в кино.
В 1946 году снята картина «Пайза», получившая премию в Венеции. В 1949 году начинает работать над фильмом «Стромболи» с Ингрид Бергман в главной роли. Этот роман между режиссёром и великой шведской актрисой в течение 10 лет будоражил умы публики. У Росселлини и Бергман родились две дочери и сын, причём и режиссёр, и актриса находились в законных браках с другими людьми.
В 1958 году снята лента «Индия.1958», а в следующем году – «Генерал «Дела Ровере», получившая премию Венецианского кинофестиваля. В 1960 году режиссёр получает премию фестиваля в Карловых Варах за картину «В Риме была ночь».
С 1960-х годов Росселлини работает в основном на телевидении, где ставит фильмы о великих людях – «Сократ», «Блез Паскаль», «Декарт» и другие. 3 июня 1977 года в возрасте 71 года Роберто Росселлини умер в Риме от сердечного приступа.