Camilla Bellone obtient un master en pharmacie de l’Université de Milan. Elle rejoint en 2002 la Faculté de médecine de l’Université de Genève, où elle se spécialise en neurophysiologie des synapses et mécanismes cellulaires sous-jacents au développement des addictions. Après un PhD obtenu à l’Université de Milan, elle effectue un stage post-doctoral à l’Université de San Francisco.

Elle revient à la Faculté de médecine de l’UNIGE en 2008, en tant que maître-assistante dans le Département des neurosciences fondamentales. Ses recherches portent alors sur les mécanismes moléculaires impliqués dans la plasticité synaptique induite par les substances addictives dans le système de la récompense. Elle a depuis développé une ligne de recherche sur les déterminants neuronaux des comportements sociaux dans les troubles du spectre autistique, pour lesquels elle a remporté de nombreux subsides prestigieux, dont un ERC Consolidator Grant en 2019. Déjà lauréate d’une bourse Ambizione du FNS en 2011, elle obtient en 2014 un subside de professeure boursière grâce à laquelle elle fonde son propre laboratoire à l’Université de Lausanne. En 2016, elle est nommée professeure assistante au Département des neurosciences fondamentales de la Faculté de médecine de l’UNIGE. Titularisée à la fonction de professeure associée en 2020 elle est promue professeure ordinaire en mai 2026. Camilla Bellone a également occupé le poste de coordinatrice du Centre Synapsy de recherche en neurosciences pour la santé mentale, fondé à l'issue du PRN Synapsy. Depuis 2023, elle est vice-doyenne en charge de la recherche fondamentale et des technologies.