Nació el día 8 de mayo de 1906 en Roma, en el seno de una familia de industriales cinematográficos. Tras cursar estudios de Filosofía y Letras, Rossellini empieza a trabajar en el cine como ayudante de dirección y guionista. Pese a debutar como director en 1941 con La nave Bianca, no sería hasta el final de la Segunda Guerra Mundial cuando se haría célebre gracias a su trilogía sobre el conflicto bélico: Roma, Ciudad abierta (1945), Paisa (1946) y Alemania año cero (1947), películas de aspecto documental y rodadas con actores no profesionales consideradas obras claves del neorrealismo italiano.

Más tarde iniciaría una relación con la actriz Ingrid Bergman que daría lugar a películas como Stromboli (1949), Europa 1951 (1951) y Te querré siempre (1954). Tras un largo periodo de crisis artística, el director italiano volvería a ponerse detrás de la cámara a finales de los años cincuenta. No obstante, tras dirigir El general de la Rovere (1959), Fugitivo en la noche (1960) y Viva Italia (1961) Rossellini abandonaría el cine para dedicarse exclusivamente a dirigir trabajos de carácter divulgativo para la televisión como La edad del hierro (1964), o La ascensión al poder de Luis XIV (1966). En los últimos años de su vida, Rossellini volvería al cine realizando películas como Anno uno (1974) y Il Messia (1976). Murió en Roma el 4 de junio de 1977.