Freqüenta o Liceu de Artes e Ofícios e a Academia Imperial de Belas Artes – Aiba, entre 1869 e 1880, no Rio de Janeiro, onde estuda com Agostinho da Motta, Zeferino da Costa e José Maria de Medeiros. Em 1878, estuda com Henrique Bernardelli e Rodolfo Amoedo no Ateliê Livre. Leciona desenho no Liceu de Artes e Ofícios, de 1879 a 1883, e na Escola Nacional de Belas Artes – Enba, de 1893 a 1896. A partir de 1884, passa a viver entre Paris e Rio de Janeiro.
A primeira viagem a Paris, em 1884, resulta num redirecionamento estético em seu trabalho, conseqüência do estudo e contato com obras de artistas e intelectuais que renovaram a arte do período: Édouard Manet e Edgar Degas na pintura e Gustave Flaubert e Émile Zola na literatura. Em sua segunda estada na capital francesa, iniciada em 1888, entra em contato com Georges Seurat na Ecole Nationale Supérieure dês Beaux-Arts [Escola Nacional Superior de Belas Artes] e estuda pintura com Jules Joseph Lefebvre e B. Constant et Pelez, aproximando-se de vertentes pós-impressionistas. No Rio de Janeiro, trabalha como caricaturista em diversas revistas, como Comédia Popular, Diabo a Quatro, A Cigarra, Bruxa e O Malho. Funda os periódicos Rataplan e João Minhoca, entre 1886 e 1901. É um dos criadores do Salão dos Humoristas, em 1914, e membro do Conselho Superior de Belas Artes, de 1915 a 1925.
Pouco conhecido do público geral, Belmiro é muito admirado pela qualidade de seu trabalho e pela inovação de suas propostas na arte do país. Bem humorado e brincalhão, era presença constante nas rodas boêmias. Dedicou-se à imprensa com caricaturas mordazes e textos satíricos e polêmicos. Ao usar cenas cotidianas e personagens da vida comum urbana como temas de sua pintura, causou impacto no meio artístico e abriu as portas para uma nova arte fazendo ponte às vanguardas do século XX.