1925. október 24-én született Onegliaban (Liguria). Édesapja és nagyapja orgonisták voltak, Berio tőlük kapta az első zenei útmutatásokat. Későbbi képzése intézményes keretek között zajlott. A II. világháború után Milánóban jogot tanult, illetve a konzervatóriumban Ghedini zeneszerzés-tanítványa volt, akinek hatására pályáját neoklasszicista szerzőként kezdte. Eközben megismerkedett Cathy Berberian amerikai énekesnővel, akit feleségül vett. Nászútjukat Tanglewoodban töltötték, ahol Berio találkozott Dallapiccolával, s a tanítványa lett. Szintén Amerikában találkozott Ussachevskyvel és Lueninggel, az elektronikus zene képviselőivel.

Miután visszatért Európába, 1953-ban megalapította az Olasz Rádión belül működő Studio di Fonologiát, az első elektronikus zenei stúdiót Olaszországban, amelynek 1959-ig vezetője volt. Incontri musicali címmel új zenei folyóiratot indított. 1960-tól a tanglewoodi Berkshire Music Center, 1962-től az oaklandi Mills College tanára volt, 1965-72 között a New York-i Julliard School of Musicban oktatott zeneszerzést.

1969-ben keletkezett legjelentősebb Amerikában írott műve, a nyolc énekhangra és zenekarra készült Sinfonia. Válása után visszatért Európába. Párizsban komponálta Voci, valamint Coro című darabjait. 1987-ben Milánóban „Tempo Reale” néven kutatóintézetet alapított. A modern zenét televíziós műsorokon keresztül is népszerűsítette. 2003. május 27-én hunyt el Rómában.