20-летним отправился в Париж, имея за спиной большой опыт работы с алебастром. Здесь он учился у Ф. Ф. Лемо, а в 1803 г. получил вторую премию Академии за композицию «Клеобис и Битон». Благодаря этому успеху Бартолини получил множество заказов от директора государственных музеев Доминика Денона (в частности, бюсты Меюля и Керубини). Он также выполнил бюст Наполеона, удовлетворивший венценосного заказчика настолько, что он распорядился открыть для Бартолини школу скульпторов в Карраре. С падением Наполеона Бартолини перебрался во Флоренцию и остался там навсегда.Произведения Бартолини считались в своё время более верными реалистическим требованиям, чем академическим образцам. Его работы ценились очень высоко: по оценке начала XX века, отражённой в энциклопедии «Британника», Бартолини — самый значительный итальянский скульптор со времён Кановы. Наиболее знаменитая его работа — скульптура «Вера в Бога», одна из копий которой находится в Эрмитаже.