生于意大利博洛尼亚（Bologna）克雷瓦尔科雷（Crevalcore）的小康家庭，卒于罗马。1645年，17岁的马尔比基进入博洛尼亚大学（University of Bologna）学习哲学。1649年，他完成哲学课程后，在母亲的劝说下开始学习医学，并于1653年获得医学和哲学博士学位。毕业后，马尔比基成为了一名开业医生。1655年，兼任博洛尼亚大学的逻辑学讲师，开始解剖学和医学研究。1656年，在托斯卡纳大公费迪南多二世（Ferdinando Ⅱ de'Medici，1610～1670）的邀请下，马尔比基赴比萨大学（University of Pisa）任理论医学教授。任教期间，他结识了数学家兼博物学家G.A.博雷利（Giovanni Alfonso Borelli，1608～1679），并成为最早的科学学会之一西门托学会（Cimento Academy）的成员。在学会里，他接触到了显微镜并开始进行各种生物观察。马尔比基试图挑战比萨当时盛行的医学教义，重塑解剖学和生理学，遭到了许多质疑。1659年，出于对家庭责任和自身健康的考虑，马尔比基回到博洛尼亚大学。1661年，他发现并描述了连接动脉和静脉的肺部毛细血管网。1662年，马尔比基被任命为墨西拿学院（Academy of Messina）的医学教授。1663年，他离开大学回到博洛尼亚乡下行医，继续用显微镜研究植物和昆虫的结构，期间发表了几篇文章。1667年，他受邀回到了墨西拿学院。1668年，伦敦皇家学会的H.奥尔登堡（Henry Oldenburg，1619～1677）邀请他通信，马尔比基把关于蚕史的手稿寄给了奥尔登堡。1669年，马尔比基正式成为英国皇家学会会员。1684年，因家中失火，研究仪器和手稿付之一炬，其研究被迫中断。1691年，马尔比基受教皇英诺森十二世（Pope Innocent Ⅻ，1615～1700）邀请赴罗马任教皇的内科医生和教皇医学院的教授，直到1694年因脑溢血去世。马尔比基被安葬在博洛尼亚的教堂，其纪念碑上用拉丁语写着“伟大天才，诚实一生，坚强坚韧，对医学艺术的无限热爱”（SUMMUM INGENIUM/INTEGERRIMAM VITAM/FORTEM STRENUAMQUE MENTEM/AUDACEM SALUTARIS ARTIS AMOREM）。

马尔比基一生成就颇多，在解剖学、组织学、胚胎学、植物学等领域都有建树。1661年，马尔比基发表《关于肺的解剖观察》（De Dulmonibus,Observationes anatomicae），描述了他观察到的血液流经蛙肺表面的细管网络，并推测毛细血管是动脉和静脉之间的连接，使血液从肺部流回心脏。由此，英国医生W.哈维（William Harvey，1578～1657）的血液循环理论得到完善与证实。另外，文章对肺囊状结构（即肺泡）的描述，纠正了前人认为肺内空气与心脏相通的错误，为呼吸理论奠定了基础。

1666年，马尔比基出版《论内脏结构》（De Viscerum Structura Exercitatio Anatomica），详细描述了自己用显微镜对肝、肾、脾等器官的结构进行观察研究的情况。肝脏部分，他描述了肝小叶，并指出胆汁是由肝脏分泌的，而非胆囊。肾脏部分，他首次发现并描述了肾小体，该结构长期被称作“马尔比基氏体”，直到1788年引入“肾小球”（glomerulus）一词。脾脏部分，他首次描述聚集在血管周围的淋巴组织结，即脾的白髓，该结构也被称作“马氏小体”。

在解剖学和组织学方面，马尔比基首次发现并描述血液的红色来源于红细胞，不过他当时误认为红细胞是一种脂肪细胞。他精确地描述了大脑的灰质和脊髓纤维束的分布，但受盖伦（Κλαύδιος Γαληνός，129～200）的影响，他当时将灰质视作分泌“生命之灵”的腺体结构。他描述了神经的结构，挑战了当时流行的认为神经与血管一样为中空内腔的观点。他发现了味蕾，首次阐明味蕾与味觉的关系。

马尔比基是最早用显微镜观察胚胎发育的科学家之一，他对鸡胚的研究为现代胚胎学奠定了基础。他详细描述了鸡胚发育的各个阶段，并绘制了精细的发育图，包括神经沟、脑泡、眼泡、心脏血管等细节。借助鸡胚的发育，马尔比基还提出了对人类胚胎发育的假设。马尔比基对胚胎的研究原则超越了哈维的“Omne animal ex ovo”（一切动物皆来自卵），而是“Omne vivum ex ovo”（一切生命来自卵）。

马尔比基对昆虫的解剖研究，发现了一些重要的昆虫结构，如蚕的复杂气管系统、昆虫的排泄器官马氏管等。马尔比基是首位提出植物与动物具有统一生命要素的科学家。他在《植物解剖学》（Anatome plantarum）中描绘了植物的不同发育阶段及植物各器官的细节，该书被作为植物解剖学的经典著作。瑞典植物学家及分类学家林奈将一种热带开花植物金虎尾属命名为Malpighia，以纪念马尔比基在植物学方面的贡献。