A soli vent'anni, quando già aveva iniziato le sue ricerche sulla struttura dei reni e, nel suo trattato "Exercitatio anatomica de structura usu renum" (1662) aveva descritto i dotti papillari (noti anche, appunto, come dotti di Bellini), fu nominato professore di medicina teoretica presso l'Università di Pisa, ma poco dopo venne trasferito alla cattedra di anatomia. Rimase a Pisa trent'anni, quindi fu chiamato a Firenze, dove il granduca Cosimo III de' Medici lo scelse come suo medico personale; divenne anche consulente archiatra del papa Clemente XI. 