Виталий Валентинович Бианки родился 30 января 1894 года в Санкт-Петербурге. Его отец, Валентин Бианки, был учёным и работал в орнитологическом отделении Зоологического музея Академии наук. Род Бианки в России появился в начале XIX века и имел итало-швейцарские и немецкие корни. Прадед Виталия Бианки был известным оперным певцом, который сменил немецкую фамилию Вайс на Бианки перед турне по Италии.

Виталий Бианки поступил на естественное отделение физико-математического факультета Петроградского университета. В молодости он играл в футбольных командах Санкт-Петербурга и был обладателем Весеннего кубка Санкт-Петербурга 1913 года. В 1916 году он женился на Зинаиде Александровне Захаревич, и в том же году был призван в армию. После окончания ускоренных курсов Владимирского военного училища он был направлен в артиллерийскую бригаду.

В 1917 году Бианки был избран в Совет солдатских и рабочих депутатов и вошёл в партию эсеров. В 1918 году он работал в самарской газете "Народ" и затем эвакуировался из Самары, живя некоторое время в Уфе, Екатеринбурге и Томске, прежде чем осел в Бийске. Там он был мобилизован в армию Колчака, но после дезертирства скрывался под чужой фамилией.

После установления Советской власти в Бийске Бианки стал работать в отделе народного образования и был назначен заведующим музеем. Он также преподавал в школе и читал лекции по орнитологии в Алтайском народном университете. В 1921 году он женился на Вере Николаевне Клюжевой, и в 1922 году был арестован и отсидел три недели в тюрьме в качестве заложника.

В 1922 году Бианки переехал в Петроград и начал писать детские книги. Его первая книга, "Чей нос лучше?", была опубликована в 1923 году. В 1928 году он был арестован и приговорён к трём годам ссылки в Уральск, но благодаря ходатайствам, включая Максима Горького, он был освобождён и переехал в Новгород, а затем в Ленинград.

В 1930-х годах Бианки продолжал писать и издавать книги, включая "Лесную газету", которая стала одной из его наиболее известных работ. Он также организовал "литературную школу" в Ленинграде, где учились многие будущие писатели, включая Николая Сладкова и Святослава Сахарнова.

Во время Великой Отечественной войны Бианки эвакуировался на Урал, но затем вернулся в Ленинград. В последние годы жизни он тяжело болел и перенёс инфаркт и два инсульта. Виталий Бианки скончался 10 июня 1959 года и был похоронен на Богословском кладбище в Ленинграде.

После его смерти книги Бианки продолжали издаваться и широко использоваться в детских садах и начальной школе. Его имя было присвоено Бийскому краеведческому музею, и многие улицы и библиотеки были названы в его честь. В 2019 году был выпущен почтовый художественный маркированный конверт, посвящённый 125-летию со дня рождения Виталия Бианки.