Georges montre très tôt des dons pour la musique et entre au Conservatoire de Paris à l'âge de neuf ans, dans la classe de piano de Marmontel. Il y obtiendra un second prix de piano en 1851, puis un premier prix en 18521. La même année, il entre dans la classe d'orgue de Benoist. En 1853, il entre dans la classe de composition de Jacques Fromental Halévy, auteur de nombreux opéras dont La Juive et qui a compté Charles Gounod parmi ses élèves. Le jeune Bizet obtient un second prix d'orgue et de fugue en 1854, puis un premier prix en 1855. Il travaille également avec Pierre Zimmermann, le prédécesseur de Marmontel au Conservatoire.

À l'automne 1855, âgé d'à peine dix-sept ans, il compose en un mois sa première Symphonie, en ut majeur, œuvre d'une grande vivacité, inspirée par la Première Symphonie de Gounod, dont il vient de publier une version pour piano à quatre mains. Sa symphonie en ut n'a été redécouverte qu'en 1933 dans les archives du Conservatoire de Paris et n'a été créée que deux ans plus tard à Bâle. En 1856, son opérette Le Docteur Miracle (créée le 9 avril 1857) remporte le premier prix du concours d'opérette.

En 1857, à l'âge de 19 ans, il remporte avec sa cantate Clovis et Clotilde le Grand Prix de Rome de composition musicale, prestigieux tremplin à cette époque pour une carrière de compositeur et dont la récompense est un séjour de trois ans à la Villa Médicis. L'Académie de France à Rome que Napoléon Bonaparte avait transférée à la Villa Médicis accueillait de jeunes artistes pour leur permettre de se perfectionner dans leur art et leur demandait en retour de réaliser des travaux annuels envoyés et jugés à Paris. Ces travaux étaient appelés les « envois de Rome ». Ce séjour en Italie loin de sa famille a une importance considérable dans la vie du jeune musicien qui découvre le bonheur d'être libre, la beauté de Rome et de la nature qui l'entoure. Ce séjour heureux l'aide à grandir et à s'affranchir des règles strictes imposées par l'école et par sa mère. « Le Bizet de Carmen est né en Italie » (Biographie de Bizet, Les Amis de Georges Bizet).

Pendant son séjour à l'Académie de France à Rome, il effectue les « envois » ordinaires :

•           un opéra-bouffe en deux actes (1858/9) : Don Procopio, sur un livret de Carlo Cambiaggio,

•           une ouverture (1861): La Chasse d'Ossian,

•           un opéra-comique en un acte (1862) : La Guzla de l'émir, sur un livret de Jules Barbier et Michel Carré.

De retour en France, il se consacre à l'enseignement et à la composition. Il a à peine 25 ans quand en 1863, Léon Carvalho lui commande Les Pêcheurs de perles, sur un livret de Carré et Cormon, pour le Théâtre-Lyrique. Berlioz en donnera une critique positive dans le Journal des Débats du 8 octobre 1863 ayant apprécié « un nombre considérable de beaux morceaux expressifs pleins de feux et d'un riche coloris ». Cette œuvre est donc un succès encourageant pour le jeune compositeur et connaîtra dix-huit représentations. Sur commande et sur un médiocre livret de J.H.V. de Saint-Georges et de J. Adenis librement adapté du roman de Walter Scott, La Jolie Fille de Perth, il compose en 1866 et fait jouer en 1867 La Jolie Fille de Perth, opéra en 4 actes.

Il épouse le 3 juin 1869 Geneviève Halévy, fille de son professeur de composition, Jacques Fromental Halévy, mort sept ans plus tôt, et de Léonie Rodrigues-Henriques. Le jeune compositeur a 30 ans et la jeune fille 20 ans. Il entre ainsi par son mariage dans la famille Halévy, une grande famille juive qui compte à cette époque dans la société française. Son beau-père était membre de l'Institut et secrétaire perpétuel de l'Académie des Beaux-Arts et Ludovic Halévy, le librettiste de talent qui composera le livret de Carmen avec Henri Meilhac, est le cousin germain de Geneviève. Sa jeune épouse lui donne un fils, Jacques (1872-1922), qui sera le grand ami de l'adolescence de Proust.

Il réalise de nombreuses transcriptions pour piano d'œuvres lyriques à la mode pour le compte des éditeurs Choudens et Heugel. Pendant la guerre de 1870, il s'engage dans la Garde Nationale, puis part pour Libourne. Il revient au Vésinet auprès de son père, puis en 1871 à Paris après la Commune. La même année, il tire une Petite suite d’orchestre, de ses Jeux d'enfants, pour piano à quatre mains. Elle sera créée le 2 mars 1873, au théâtre de l'Odéon, par Édouard Colonne. Djamileh est jouée la même année à l'Opéra-Comique.

Pour la pièce de théâtre L'Arlésienne d'Alphonse Daudet, il compose une musique de scène ; mais l'œuvre, jouée au théâtre du Vaudeville le 1er octobre 1872, est retirée de l'affiche après vingt représentations. Bizet extrait de sa musique une suite orchestrale créée le mois suivant aux Concerts Pasdeloup qui remportera un succès jamais démenti. Il l'adapte également pour piano à quatre mains. Patrie, pour orchestre est jouée fin 1872, par les Concerts Pasdeloup au cirque d'Hiver.

À l'image d'un Rossini, Bizet imaginait une vie matérielle confortable, une « vie de rentier », grâce à quelques succès rapides à l'Opéra-Comique qui ne se produisirent jamais. Les Pêcheurs de perles, La Jolie Fille de Perth, Djamileh, L'Arlésienne n'ont pas été de grands succès couronnés de nombreuses représentations. Sa vie a été dévorée par les travaux alimentaires pour les éditeurs et par les leçons de piano. « Je travaille à me crever… » - « Je mène une existence insensée… », écrit-il dans ses lettres. Sa vie familiale n'est pas plus heureuse. Il ne peut pas partager ses difficultés et ses soucis avec sa jeune épouse Geneviève, coquette et nerveusement fragile. Il doit même les lui cacher. Leurs six années de mariage ne leur feront pas connaître le bonheur conjugal.