Babası Zafer Ortaçgil askeri tıp doktoruydu. Annesi Nesrin Hanım ise ev hanımıydı. 1953'te kardeşi Ercüment, 1961'de ise kız kardeşi Bahar doğdu.  İlkokula Ankara'da başladı ve daha sonra İstanbul'a taşındı. İstanbul Sultanahmet İlkokulu'nu bitirdi. Ortaokul ve liseyi Kadıköy Maarif Koleji (Kadıköy Anadolu Lisesi)nde okuduktan sonra İstanbul Üniversitesi Kimya Fakültesi'ni kazandı. Müzikle tanışması lise yıllarına dayanıyordu. Mazhar Alanson'dan bir sınıf altta olan Bülent Ortaçgil, Maarif Koleji'nde sınıf arkadaşlarıyla beraber gitar çalmaya başladı. Kendi aralarında bazı gruplar kurdular. Farklı farklı isimlerle amatör müzik yapan bu gruplardan birisi de Damlalar ismini taşıyordu. Grupta davul çalan Ortaçgil, "House of the Rising Sun", "I Dig Rock'n'Roll Music" gibi şarkıları yorumluyorlardı. Dönemde ünü yakalayan The Beatles'tan çok etkilenen Ortaçgil, müzik çalışmalarına hız verdi ve okul konserlerinin yanı sıra Milliyet Gazetesi Liselerarası Müzik Yarışması'na katıldı. Ancak kendi besteleri jurideki Şerif Yüzbaşıoğlu tarafından hiç beğenilmedi. Daha sonra gitara geçen Ortaçgil bu sefer yanına bas gitarda Ahmet Güvenç, klavyede Galip Boransu, gitar ve vokalde Mustafa Hunca'yı alıp Filozoflar grubunu kurdu. Bu grupla gazinolarda da konserler verdiler ancak lise mezuniyetiyle grup dağıldı.
Lise yıllarında müzik dışında tiyatroya da merak sardı. Liselerarası bir tiyatro yarışmasında Turgut Özakman'ın "Güneşte On Kişi" oyununu oynadı ve en iyi yardımcı oyuncu ödülünü kazandı. Aynı yarışmada en iyi oyuncu ödülünü de Rutkay Aziz almıştı. Tiyatro ve müzik dışında Ortaçgil, atletizme de meraklıydı.
Bülent Ortaçgil o yıllarda The Beatles, Cat Stevens, Donovan ve Bob Dylan'ın tarzlarından etkilendi. Bu sıralar kardeşi Ercüment Ortaçgil ile birlikte Ahmet Güvenç'in evinde müzik yaptılar. Güvenç, Ortaçgil'in isim babalığını yaptığı Bunalım grubu ile daha sert bir yöne yönelirken, Ortaçgil gitarıyla sade müzikler yapıyordu. Bunalım ilk 45'likleri "Taş Var Köpek Yok"u yaparken, plak şirketlerine Bülent Ortaçgil'i önerdiler. 1971'de Kimya Fakültesi'ndeyken "Anlamsız / Yüzünü Dökme Küçük Kız" isimli kırkbeşliğini yayımladı. Bu 45'lik çok satmasa da Hey dergisinin 1971 yılı "En Ümit Veren Erkek Sanatçı" anketinde 5. oldu.
1971'de kısa bir süre kardeşinin de içinde bulunduğu "Biz" adlı bir grup kurdu. Yerel müziğe daha çok yöneleceğini söyleyip, bir süre bağlama çalsa da istediklerine ulaşamayıp hiçbir kayıt yapmadan kısa süre sonra dağıldı.
İlk albümü Benimle Oynar Mısın'ı 1974 yılında ilk 45'liğinde olduğu gibi sadece "Bülent" adıyla kaydetti. Hala Türk pop tarihinin en önemlilerinden birisi olarak kabul edilen bu albümde Onno Tunç ve Ergun Pekakçan'la çalıştı. Ali Kocatepe'ye ait "1 Numara Plakçılık"tan çıktı. Albümde daha sonra konserlerde ve başka sanatçılar tarafından çokça yorumlanacak "Olmalı Mı, Olmama Mı", "Kediler", "Her Şey Sevgiyle Başlar", "Şık Latife", Ahmet Güvenç'in annesi için yazılmış "Suna Abla" vardır. Albümdeki şarkılardan "Yağmur" İsveç'li şair Artur Lundkvist'in bir şiirinin Ortaçgil tarafından bestelenmesiyle oluşmuştur. Bu albümden bazı şarkılar 1976 tarihli Kadir İnanır ve Müjde Ar'ın oynadığı Zeki Ökten filmi "Pisi Pisi"de kullanılmıştır. 1975'te yine Hey Dergisinin anketinde "Yılın Ümit Veren Şarkıcısı" anketinde bu sefer 4. oldu. Ancak albüm sadece 2000 sattı. Bu albümden kazandığı parayla kendine ikili bir pikap aldı. Albümün başka bir konseri olmadı. Albüm 30 yıl sonra "World Psychedelia" şirketi tarafından Amerika'da da yayınlandı. Nick Drake, Donovan gibi İngiliz folk rock ve psychedelic folk sanatçılarının eserlerine benzetilen albüm beğeni topladı. Albümden "Olmalı Mı, Olmamalı Mı / Şık Latife" 45'liği yayınlandı.
Albüm sonrası müzik teorisi, yazımı, notalar ile ilgilenmeye başladı. Ali Kocatepe'nin masallara müzik yazma teklifini kabul eden Ortaçgil, ilk kez notalı çalışmalar yaptı. Atilla Özdemiroğlu, Ergun Pekakcan'ın keman, piyano çaldığı "3 Masal" albümü 1976'da yayınlandı. 3 şarkı bulunan bu plak başarılı olmadı.
Bu albümden sonra evlenen Ortaçgil, müzik hayatında büyük başarılar yakalayamadığını anlayınca müzik kariyerine on yıllık bir ara verdi. Pfizer ve Netaş gibi şirketlerde Kimya Mühendisliği yaptı. Bir sene kadar Norveç'te yaşadı. Mühendisliği seçmesini böyle açıkladı: "Mühendislik yaptım. Çünkü korktum. İstemediğim müziği çalarak kendime kurduğum o müzik dünyasını yıkmak istemedim."
1980'lerin başında kendisi gibi müziğe ara vermiş Fikret Kızılok ile tanıştı. İkili Çekirdek Sanatevi'ni kurdular. Bostancı'daki bu ev, amatör sanatçıların ücretsiz konserler düzenlediği, kayıtlar yapılan bir sahne haline geldi. 1984'te Erkan Oğur ve Yaz Baltacıgil'in çaldığı Ortaçgil albümü "Rüzgâra Söylenen Şarkılar" çıktı. Bu canlı kayıtta, Benimle Oynar Mısın'dan şarkılar ve daha önce yayınlanmamış, çoğu sonraki albümlerde yer alacak şarkılar vardı. Bir yıl sonra da Fikret Kızılok ile Çekirdek kayıtlarından olan "Biz Şarkılarımızı..." adlı albümü çıkardı. Birbirlerinin şarkılarını söyleyip eşlik ettikleri bu albümde beraber besteleri "Biz Şarkılarımızı" dışında Ortaçgil besteleri "Mum", "Deniz Kokusu", "Nereye Sokağı", "Memurun Şarkısı" vardı. Bu dönemde TRT için çocuk şarkıları kaydettiler. Telif yasalarından sonra bandrollü albüm çıkarmak zorunda kaldılar. Ortaçgil-Kızılok ortaklığı 1986 yılında Pencere Önü Çiçeği isimli albümle sonuçlandı. Albümde "Bir Nihavend Yalnızlık" "Güneşin Aynasında", "Uyusun da Büyüsün" gibi ortak besteler ve solo besteler yer alıyordu.
1988'de Fikret Kızılok ile Sonay'ın "Gecenin Üçünde" ve Sibel Sezal' ın "Bu Kalp Seni Unutur Mu" albümünün yapımında yer aldı. Bu albümlerde gitar çaldı. Ancak Fikret Kızılok ile müzikal anlaşmazlıklar yaşamaya başladığı için bütün 1980'leri beraber geçiren sanatçılar yollarını ayırdı.
1989'da Bülent Ortaçgil, "Benimle Oynar Mısın"ı takip edecek ikinci stüdyo albümünü hazırlamaya başladı. Yine Onno Tunç ile çalışan Ortaçgil, Tunç'un evinde Sezen Aksu'yla tanıştı. Aksu, Ortaçgil'den bir şarkı istedi. Ortaçgil, daha sonra Light albümünde yer alacak "Kimseye Anlatmadım"ı besteliyordu ama Sezen Aksu, Ortaçgil'in "Beni Kategorize Etme" şarkısını aldı ve Sezen Aksu Söylüyor albümünde söyledi.
1990'da solo kariyerine verdiği 16 yıllık aradan sonra "2. Perde" albümüyle müzik piyasalarına geri döndü. 2. Perde'de Bülent Ortaçgil'in en önemli yardımcısı bütün enstrümanları çalan Onno Tunç oldu. Albümde "Bu İş Çok Zor Yonca", "Bozburun", "Çığlık Çığlığa" gibi Ortaçgil hitleri vardı. O yıl daha önce Çekirdek Sanatevi'nde albüm kaydeden Yeni Türkü'nün "Vira Vira" albümünde iki Selim Atakan bestesine söz yazdı. (Beklemek ve Anne)
Ertesi yıl Benimle Oynar Mısın'ın devamı olarak nitelendirilebilecek "Oyuna Devam" isimli albüm geldi. Bu albümde Ortaçgil, on yıl boyunca beraber çalacağı müzisyen arkadaşlarını da bir araya getiriyordu. Erkan Oğur, Cem Aksel, Gürol Ağırbaş ve Bülent Ortaçgil dörtlüsü bu albümde bir araya geldi. Albümde bir şarkının vokalini Leman Sam yapıyordu. Aynı yıl Ayşegül Aldinç, "Şık Latife" şarkısını yorumlayıp, bir klip çekti. Alman bir plak şirketinin Türk müziğini tanıtmak için hazırladığı "The Other Side of Turkey" albümünde Erkan Oğur ile 5 Ortaçgil şarkısının yanı sıra "Büyük Ceviz Ağacının Dibi" şarkısını söyledi.
"Bu Şarkılar Adam Olmaz" albümü 1994'te yayınlandı. Bu sefer Serdar Ateşer, Akın Eldes gibi sanatçıları barındırıyordu. 1996 tarihli Erkan Oğur albümüne adını veren parça olan "Bir Ömürlük Misafir"in sözlerini Sezen Aksu ile birlikte yazdı. 1998'de Light albümü yayınlandı. Eski ekibi Oğur, Aksel, Ağırbaş'ın yanında Birsen Tezer, Ozan Doğulu gibi sanatçıları barındıran albüm "Mavi Kuş", "Eylül Akşamı", "Şarkılarım Senindir" gibi duygusal parçalar yanında dönemin siyasal karmaşasına bir taşlama olan "Normal"i de barındırıyordu.
Ortaçgil, verdiği konserler ve ekip arkadaşlarının katkılarıyla eski şarkılarının yeni haller olduğunu görünce, konser tadında canlı bir kayıt yapmaya karar verdi. 1999'da çıkan "Eski Defterler" albümü, Benimle Oynar Mısın ve Çekirdek Sanatevi dönemi şarkılarından oluşmuştu.
2000 yılında Türkiye'de daha önce çok amatör şekillerde yapılmış tribute çalışmalarının en profesyoneli olan "Ortaçgil İçin Söylenmiş Ortaçgil Şarkıları" albümü yayınlandı. Albümde Sezen Aksu, Şebnem Ferah, Levent Yüksel, Bulutsuzluk Özlemi, Teoman, Zuhal Olcay, Haluk Levent, Mirkelam, Yaşar gibi bir çok popüler müzik sanatçısı yer alıyordu. Ortaçgil, "Pencere Önü Çiçeği" ve "Yüzünü Dökme Küçük Kız" şarkılarında gitar da çaldı. Aynı yıl Ortaçgil, Gürol Ağırbaş'ın Bas Şarkıları albümündeki 108 adlı şarkının sözlerini yazdı. Sezen Aksu'nun "Gidiyorum Bu Şehirden" şarkısının düzenlemesini yapıp gitar çaldı.
2003'te günümüze kadar ki son stüdyo albümü Gece Yalanları çıktı. Klasik Ortaçgil ekibinin yanında Baki Duyarlar'ın yer aldığı albüm Ortaçgil albümleri arasında caz'a en yakın albümdü.
Gece Yalanları'ndan sonra Ortaçgil, konserlere ve başka sanatçılara destek vermeye devam etti. 2002 tarihli Zuhal Olcay albümü Başucu Şarkıları'na "Yağmur" şarkısını verip, albümün süpervizörlüğünü yaptı. Bir süre ikili beraber konserler verdiler. 2005'te Başucu Şarkıları 2 çıktı. Bu albümün de süpervizörü olan Ortaçgil, "Beni Kategorize Etme" şarkısını Olcay'a verdi ve "Sus Duymasın" şarkısında onunla düet yaptı.
Ortaçgil bu dönemlerde 2 tane tribute albümünde de yer aldı. İlk albümünün çıkmasında büyük yardımları olan Ali Kocatepe için yapılan "41 Kere Maşallah" albümünde "Hayat Umutla Başlar" şarkısını söyledi. 2007'de ise Çekirdek Sanatevi döneminde bir albümlerini yaptığı Ezginin Günlüğü'ne saygı albümü "Çeyrek"te "Teninle Konuşmak" şarkısını söyledi.
2004'te Müslüm Gürses'in "Neredesin Firuze" filmi için "Sensiz Olmaz"ı yorumlaması büyük bir ilgi topladı. Aynı yıl Teoman ve Ortaçgil beraber konserlere çıktı. 2007'de bu konserin kayıtları "Konser" adlı albümde yayınlandı. Bu albümde Teoman, Ortaçgil şarkılarını, Ortaçgil de Teoman şarkılarını yorumluyordu. Aynı yıl Fikret Kızılok ile eskiden bestelediği çocuk şarkıları "Büyükler için Çocuk Şarkıları" adıyla arşivlik bir çalışma olarak yayınlandı. 2009 yılında Gülben Ergen sanatçının "Bu Su Hiç Durmaz" şarkısını albümünde söyledi. Aynı yıl Zuhal Olcay'ın Aşk'ın Halleri albümüne "Aşkın En Mavi Zamanı" şarkısını yazıp, kardeşi Ercüment Ortaçgil'in üç bestesine de söz yazdı.
Bülent Ortaçgil, uzun zamandır yaşadığı Bozburun-Marmaris'te müzik hayatını sürdürmektedir.