Né dans une famille modeste d'origine italienne à Alger où il passe sa jeunesse, Paul Belmondo, passionné de dessin, commence à sculpter dès l'âge de 13 ans. Il suit ensuite des études d'architecture à l'École des Beaux-Arts d'Alger,puis à Paris où il devient l'élève, puis l'ami, de Charles Despiau.
Son œuvre sculptée s'inscrit dans un courant néoclassique, à la recherche de l'harmonie par des lignes simples et des formes lisses. Parmi ses réalisations, on note la copie en 1964 de ''l'Allégorie de la danse'', de Jean-Baptiste Carpeaux située sur le côté droit de la façade de l'opéra Garnier.

Il également réalise également des médailles et des illustrations de livres d'art, notamment Boubouroche de Courteline. Deux bronzes, ''Jeannette'' et ''Apollon'', se trouvent dans le Jardin des Tuileries depuis 1988 (don de la famille Belmondo).
Le Musée Toulouse-Lautrec d'Albi, qui conserve 4 de ses sculptures, inaugure, en 1998, une exposition rétrospective itinérante de son œuvre, ''Belmondo ou la sculpture sereine'' organisée dans plusieurs villes de France à l'initiative du Ministère de la Culture et de son fils Jean-Paul.