Née d'un père italien, l'acteur Duccio Bellugi-Vannuccini, et d'une mère danoise costumière, Galatéa Bellugi a commencé sa carrière au Théâtre du Soleil avec Ariane Mnouchkine, où travaillait — et travaille toujours — son père en tant qu'acteur. Après avoir suivi des cours de danse contemporaine au collège, puis de danse classique et de saxophone, elle fait de la natation synchronisée au lycée. Elle part ensuite pour Montréal faire une licence d'études cinématographiques. Après la sortie du film L'Apparition, elle retourne à Copenhague suivre une licence de relations internationales. Sa triple nationalité lui permet de jouer aussi bien en français qu'en italien ou en danois.