Giuseppe Vitali là con cả trong năm người con. Cha của ông, Domenico Vitali, làm việc cho một công ty đường sắt ở Ravenna và trong khi đó mẹ của ông, Zenobia Casadio, ở nhà và chăm sóc con cái.

Vào năm 1886, ông đã hoàn thành giáo dục tiểu học ở Ravenna, và sau đó ông dành ba năm tại Ginnasio Comunale, nơi học lực của ông trong kỳ thi cuối kỳ là trung bình.

Ông tiếp tục học ở Ravenna tại trường trung học Dante Alighieri. Giáo viên môn toán của ông là Giuseppe Nonni và nhanh chóng nhận ra ông là đứa trẻ có tiềm năng lớn, coi như con của mình. Ông viết thư cho cha của Giuseppe vào ngày 28 tháng 6 năm 1895, nội dung yêu cầu ông cho phép con trai theo đuổi các nghiên cứu sâu hơn về toán học.[1]

Ông trở thành một sinh viên của Scuola Normale Superiore ở Pisa và tốt nghiệp Đại học Pisa cào năm 1899. Ông đã dành hai năm làm trợ lý trước khi rời khỏi thế giới học thuật.Từ năm 1901 đến năm 1922, ông bắt đầu trở thành giáo viên trung học, đầu tiên là ở Sassari, sau đó là Voghera và từ năm 1904 trở đi là Classical High School Christopher Columbus ở Genova. Trong những năm đó ông đã tham gia vào chính trị cũng như là thành viên của Italian Socialist Party cho đến khi bị sụp đổ bởi những phát xít Ý vào năm 1922. Không lâu sau đó ông bắt đầu theo đuổi lĩnh vực giải tích toán học. Vào năm 1923, ông trở thành giáo sư toán học tại University of Modena and Reggio Emilia. Ông cũng giảng dạy ở Đại học Padova (từ năm 1924 đến năm 1925) và Đại học Bologna (từ năm 1930). Ông được mời dự Congress of Mathematicians được tổ chức ở Bologna vào tháng 9 năm 1928, cho các bài giảng  Rapporti inattesi su alcuni rami della matematica (Mối quan hệ bất ngờ của một số chi nhánh của toán học).

Từ năm 1926, Vitali bắt đầu biểu hiện các triệu chứng của một căn bệnh nghiêm trọng, và bị tê liệt một cánh tay, có nghĩa là ông sẽ không thể viết được nữa. Nhưng ông vẫn hoàn thành một nửa nghiên cứu của mình trong bố năm cuối cùng của cuộc đời mình.

Vào ngày 29 tháng 2 năm 1932, ông đã thuyết trình tại Đại học Bologna và đang nói chuyện với nhà toán học Ettore Bortolotti thì ông ngã gục xuống lòng đường và tử vong. Ông thọ 56 tuổi.[2]

Vitali xuất bản một khối lượng đáng kể của toán học trong sự nghiệp của mình với sản lượng quan trọng nhất của mình diễn ra trong tám năm đầu tiên của thế kỷ XX.

Ông được vinh danh trong cuộc bầu cử của Academy of Sciences of Turin vào năm 1928,Accademia Nazionale dei Lincei năm 1930, vàe Academy of Bologna vào năm 1931.