Jómódú bécsi zsidó családban látta meg a napvilágot egy fakereskedő fiaként. Bettelheim a bécsi egyetemen művészettörténetet és pszichológiát hallgatott, de 1921-től, amikor apja gerincvelő-sorvadásban megbetegedett, nemzetközi kereskedelmi tanulmányokat is folytatott. Apja halála után vezette a családi vállalkozást, ám a bölcsésztudományokkal való foglalatosságot sem adta fel. Lelkes híve volt Freudnak, foglalkozott a művészetpszichológia pszichoanalitikus irányú megközelítésével, majd a gyermek fejlődéspszichológiájával.
1938-ban ledoktorált, speciális érdeklődési területe az érzelmileg sérült, főleg autista gyermekek kezelése volt. Ausztriát még abban az évben megszállták a németek, Bettelheimet előbb Dachauba, majd Buchenwaldba deportálták, lágerélményeiről Az egyén és a tömeg viselkedése szélsőséges helyzetekben című tanulmányában számolt be. 1939-ben amerikai segítséggel kiszabadult a lágerből, és az Egyesült Államokba utazott, a Chicagói Egyetem tudományos munkatársa lett. 1942–44 között az illinois-i Rockford College docense volt, hallgatói valósággal rajongtak az irodalom, a filozófia, a művészetek, a pszichológia területén egyaránt otthonosan mozgó tanárért.
1944-ben, immár adjunktusként visszatért Chicagóba, ahol kinevezték a Sonia Shankman Ortogenikus Iskola igazgatójává, a posztot 1973-ig töltötte be. A kísérleti jellegű bentlakásos iskolában 6 és 14 év közötti, súlyos érzelmi zavarokkal küzdő, de átlagos vagy átlag feletti értelmi képességekkel rendelkező gyerekekkel foglalkozott, az intézmény lett az autista gyerekekkel folytatott munkájának központja is.