Urodził się 9 stycznia 1952 r. w Łodzi.
Po ukończeniu studiów ekonomicznych na Uniwersytecie Łódzkim w 1972 r. podjął pracę w Katedrze Ekonomii tej uczelni. W 1978 r. uzyskał stopień naukowy doktora, a w 1986 r. – habilitację. Od 1986 r. związany z Instytutem Nauk Ekonomicznych Polskiej Akademii Nauk. W latach 1978–1979 oraz 1985–1986 odbył staże naukowe w Uniwersytecie Columbia i Uniwersytecie w Chicago, zaś w 1990 r. – w London School of Economics. W 1994 r. otrzymał tytuł profesora nauk ekonomicznych.
Opublikował ponad 100 prac naukowych poświęconych głównie teorii pieniądza oraz polityce antyinflacyjnej w krajach rozwijających się. Specjalizuje się w zakresie ekonomii stosowanej oraz współczesnej myśli ekonomicznej.
W 1990 r. został doradcą i konsultantem w Ministerstwie Finansów, a następnie Ministerstwie Przekształceń Własnościowych i Centralnym Urzędzie Planowania. W 1996 r. objął stanowisko konsultanta Banku Światowego. W latach 1994–1996 był wiceprzewodniczącym Rady Strategii Społeczno-Gospodarczej przy Radzie Ministrów, a następnie doradcą ekonomicznym prezydenta RP.
Dwukrotnie pełnił funkcję wicepremiera i ministra finansów: w 1997 r. w rządzie Włodzimierza Cimoszewicza oraz w latach 2001-2002 w rządzie Leszka Millera.
W latach 2004-2005 był premierem rządu RP.
Profesor Belka pełnił również wiele funkcji w międzynarodowych instytucjach. W latach 2003-2004 był szefem Koalicyjnej Rady Koordynacji Międzynarodowej w Iraku (2003), a następnie dyrektorem ds. polityki gospodarczej w Tymczasowych Władzach Koalicyjnych w Iraku, gdzie odpowiadał m.in. za reformę walutową, stworzenie nowego systemu bankowego i nadzór nad gospodarką. Od 2006 do 2008 roku pracował jako Sekretarz Wykonawczy Komisji Gospodarczej ONZ ds. Europy (UNECE), a od listopada 2008 r. był dyrektorem Departamentu Europejskiego Międzynarodowego Funduszu Walutowego.
10 czerwca 2010 r. został powołany przez Sejm RP na Prezesa Narodowego Banku Polskiego. Urząd objął w dniu 11 czerwca 2010 r. po zaprzysiężeniu przez Sejm RP, a kadencję zakończył 21 czerwca 2016 r.
W styczniu 2011 r. został wybrany na trzyletnią kadencję (przedłużoną o kolejne trzy lata w 2014 r.) do Komitetu Sterującego Europejskiej Rady ds. Ryzyka Systemowego (ESRB). Od listopada 2011 r. do października 2015 r. pełnił również funkcję przewodniczącego Komitetu Rozwoju Banku Światowego i Międzynarodowego Funduszu Walutowego. W latach 2012-2016 był Przewodniczącym Komitetu Sterującego Inicjatywy Wiedeńskiej 2, a od maja 2013 r. do czerwca 2016 r. – członkiem Central Bank Governance Group działającej w ramach Banku Rozrachunków Międzynarodowych w Bazylei (BIS).
Profesor Belka został zaprzysiężony jako nowy poseł Parlamentu Europejskiego 2 lipca 2019 r. (kadencja 2019-2024). Jest członkiem parlamentarnej Komisji ds. Ekonomicznych i Monetarnych, zastępcą członka w parlamentarnej Komisji Handlu Międzynarodowego, członkiem Delegacji ds. relacji z USA i zastępcą członka w Delegacji ds. relacji z krajami Ameryki Środkowej.
W 2020 roku został powołany do składu Podkomisji ds. podatkowych.
