Né à Crémone, Claudio Monteverdi étudia la musique avec le célèbre théoricien Marco Antonio Ingegneri (1547-1592), qui lui enseigna les techniques d'écriture, l'orgue, le violon, l'art vocal et l'art des madrigalistes. Il conserva d'ailleurs un sentiment de reconnaissance envers son ancien maître et aimait, dans ses publications antérieures à 1590, se dire son disciple. À l'âge de quinze ans, Monteverdi composa sa première oeuvre, un ensemble de vingt motets à trois voix.
Joueur de viole et chanteur, il entra en 1590 dans l'orchestre de la cour du duc de Mantoue. En 1601, il y obtint le poste de maître de musique, succédant ainsi à Benedetto Pallavicino. Deux ans avant, il avait épousé Claudia Cattaneo, une chanteuse à la cour de Mantoue, avec qui il eut trois enfants. En 1613, Monteverdi fut nommé maître de chapelle à Saint-Marc de Venise, l'un des postes musicaux les plus importants d'Italie, qu'il conserva jusqu'à la fin de sa vie. A partir de ce moment, il écrivit des motets, des madrigaux et des messes, mais aussi de nombreux opéras (dont beaucoup ont maintenant disparu), oeuvres commandées par des notables de Venise et des villes voisines. Il fut ordonné prêtre en 1632.
En 1587, Monteverdi écrivit son Premier Livre de madrigaux, livre dans lequel prédomine une atmosphère pastorale. En 1605, il avait déjà composé cinq livres de madrigaux. La texture fluide et lisse des deux premiers livres (1587 et 1590), influencés par Luca Marenzio, tranche avec l'approche plus dissonante, incisive et irrégulière des Troisième et Quatrième Livre (1592 et 1603). Cette dernière met en évidence la signification de chacun des mots du texte, et révèle l'influence de Jacquet de Wert, avec qui il fut en contact lorsqu'il entra au service du duc de Mantoue. Monteverdi subit également l'influence des madrigalistes italiens de son temps, comme Carlo Gesualdo.
C'est également à cette époque que Monteverdi commença à s'intéresser aux expériences inaugurées par le compositeur de drames musicaux Jacopo Peri (1561-1633), alors directeur de la musique à la cour des Médicis.

Lettre autographe de Monteverdi	Page de titre de la première édition de l'Orfeo (1609, représenté en 1607)
L'Incoronazione di Poppea (Le Couronnement de Poppée), prologue	Manuscrit autographe du Lamento d'Arianna (1608)
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Le langage harmonique de Monteverdi fut l'objet de controverses, lorsque le chanoine Giovanni Maria Artusi écrivit en 1600 un essai, l'Artusi ovvero Delle imperfezioni della musica moderna (1600-1603), attaquant, notamment deux madrigaux de Monteverdi qu'il qualifiait d' "insupportables à l'oreille". Ces oeuvres dépassaient de son point de vue les limites de la polyphonie équilibrée vers laquelle tendait la composition à la Renaissance. Les dissonances créées par l'ornementation et l'indépendance des voix étaient, toujours selon lui, contraires aux règles strictes du contrepoint. En effet, avec ses nouvelles combinaisons harmoniques alliant le diatonique et le chromatique, Monteverdi rompait, en effet, avec l'unité modale qui, pour Artusi, devait être l'essence même de l'oeuvre.
En 1607 fut représenté le premier drame musical de Monteverdi, La Favola d'Orfeo, plus connue sous le nom d'Orfeo. Cet opéra, qui surpassait toutes les tentatives de drames musicaux précédentes, représente probablement la contribution la plus importante au développement de l'opéra, qui fut alors reconnu comme une forme sérieuse d'expression musicale et théâtrale. A travers une utilisation habile des inflexions de la voix, Monteverdi cherche à exprimer l'émotion comme elle aurait été exprimée par un bon acteur, pour obtenir un langage chromatique d'une grande liberté d'harmonie. L'orchestre, considérablement agrandi et varié, est employé non seulement pour accompagner les chanteurs, mais aussi pour créer l'atmosphère des différentes scènes et renforcer l'évolution du drame. La partition elle-même contient quatorze pièces orchestrales indépendantes. L'Orfeo obtint un grand succès auprès du public et, avec son opéra suivant, Arianna (1608), dont ne subsiste que l'admirable lamento, la réputation de Monteverdi comme compositeur d'opéra fut définitivement établie. Dans la plus pure tradition du XVIè s., ce Lamento d'Ariane de Monteverdi connut de nombreuses versions d'auteurs divers (voir Discographie). Novateur, mais respectueux de ses prédécesseurs, Monteverdi réutilisa de nombreux thèmes antérieurs, comme le motet In illo tempore de Nicolas Gombert dans la messe du même nom (1610)
La musique religieuse de Monteverdi puise donc dans toute une gamme de styles, depuis la polyphonie à l'ancienne de la Messe In illo tempore de 1610 jusqu'à la musique vocale virtuose venue de l'opéra et à l'écriture des chorals (dérivée des compositions des prédécesseurs de Monteverdi à Venise, Andrea Gabrieli et Giovanni Gabrieli). On trouve ces deux derniers styles dans les Vêpres de la Vierge, également de 1610, et qui constituent une de ses oeuvres les plus connues de nos jours.
Dans ses Sixième, Septième et Huitième Livre de madrigaux (1614-1638), Monteverdi s'éloigne encore plus de l'idéal de la polyphonie à voix égales de la Renaissance pour aborder de nouveaux styles mettant l'accent sur la mélodie, la ligne de basse et le support harmonique, ainsi que sur la déclamation personnelle ou théâtrale. Son Huitième Livre de madrigaux comprend, entre autres, les Madrigali guerrieri e amorosi (1638), véritables cantates qui constituent davantage des scènes lyriques que des madrigaux au sens premier du terme. Parmi ces madrigaux d'un nouveau genre figure le Combat de Tancrède et Clorinde.
En 1637 s'ouvrit à Venise, le premier théâtre lyrique public, et Monteverdi écrivit une nouvelle série d'opéras, dont seuls deux nous sont parvenus : le Retour d'Ulysse (1641) et le Couronnement de Poppée (1642). Ils comportent des scènes d'une grande intensité dramatique dans lesquelles la musique, tant vocale qu'orchestrale, reflète les pensées et les émotions des personnages. Avec le Couronnement de Poppée, les principes de l'opéra apparaissent clairement définis. Scènes comiques, chansons populaires, duos, etc. témoignent, de par leur diversité, d'un genre qui veut s'ouvrir à un public de plus en plus large. Ces deux opéras influencèrent par la suite nombre de compositeurs d'opéras, dont Gluck et Wagner.