Il passe sa jeunesse en Normandie puis revient dans le sud-ouest en 1980. Il entre au lycée Montesquieu à Bordeaux et y rencontre les futurs membres du groupe :

Denis Barthe (batterie) ;
Serge Teyssot-Gay (guitare) ;
Frédéric Vidalenc (basse).

Le premier groupe s'appelle « psychoz[sic] » d'inspiration new wave - avec lequel il gagne un tremplin rock organisé par FR3. Il répète avec ses amis en amateur entre 1981 et 1984. Comme il ne joue d'aucun instrument, il se met à chanter dans le groupe. Il forme ensuite le groupe Noirs Désirs en 1987, ultérieurement renommé au singulier Noir Désir, après de longues discussions avec Barclay (leur maison de disques).

Il doit s'arrêter de chanter en 1989 lorsque, déjà éprouvé par des cordes vocales endommagées, il tombe en syncope sur scène lors d'un concert (à Besançon). Il doit aussi se faire opérer en 1994 après la tournée de l'album Tostaky, en raison d'un problème de cordes vocales.

Personnage doté d'une forte personnalité, il profite avec son groupe de leur notoriété pour s'exprimer sur de grandes causes, notamment lors d'un concert à Toulon - ville alors régie par l'extrême droite - en 1997. Bertrand Cantat réitère ces actions avec le groupe, mais aussi en solo lors d'une soirée à l'Institut d'études politiques de Bordeaux en avril 1999, invité par les élèves.

Lorsque son groupe reçoit la Victoire de la musique pour l'album rock de l'année et le clip de l'année le 9 mars 2002, Bertrand Cantat prend la parole pour s'insurger contre les manœuvres de leur société de production, Universal et son président, Jean-Marie Messier, avec notamment cette phrase: Même si nous sommes embarqués sur la même planéte; nous ne sommes décidément pas du même monde!.

Le 27 juillet 2003, au cours d'une dispute conjugale, il porte plusieurs coups mortels sur Marie Trintignant, qui décèdera de ses blessures le 1er août 2003. L'acte ayant eu lieu en Lituanie à Vilnius, il est condamné par la justice de ce pays à huit ans de prison ferme le 29 mars 2004. Les deux parties font tout d'abord appel avant de retirer leur demande. Le jugement est donc définitif.

Les avocats de Bertrand Cantat ont déposé une demande de transfert du chanteur dans une prison française. Les autorités lituaniennes ont accédé à cette demande au mois d'août 2004. Le transfert s'est déroulé le mardi 28 septembre 2004 vers la prison de Muret, près de Toulouse où il partage maintenant une cellule avec Jean-Pierre Calone, ancien élu de l'extrême-droite toulonnaise. À noter que la maison de Bertrand Cantat dans les Landes a entièrement brûlé le 11 septembre 2003, un incendie dont les circonstances restent encore floues mais que beaucoup supposent lié à la mort de Marie Trintignant.

En 2005, Hubert-Félix Thiéfaine place sur son album Scandale Mélancolique la chanson Télégramme 2003 dédiée à Bertrand Cantat et à ce qu'il traverse depuis le drame avec Marie Trintignant.

Depuis 2006, ND Musique (société de production créée par Bertrand Cantat et les autres membres de Noir Désir) lance un nouveau festival de musique et de rencontre citoyenne : Les Rendez-vous de Terres Neuves.