El músico nació en Praga el 24 de enero de 1946 y estudió violonchelo en la Academia de Música (AMU) de Praga. Dirigió después la Filarmónica Estatal de Brno y la Orquesta Sinfónica de la Capital de Praga (FOK), entre 1977 y 1989, y entre 1990 y 1992 pasó a dirigir la Filarmónica Checa, con la que siempre mantuvo una estrecha colaboración.

Por su grabación de la Tercera y Cuarta sinfonías de Bohuslav Martinu con esa prestigiosa orquesta checa fue, en 2005, nominado a los premios Grammy. Entre 2006 y 2012 dirigió la Orquesta Sinfónica de la BBC, lo que le supuso la orden del Imperio Británico por «su servicio a la música», galardón otorgado por la Reina Isabel II.

Tras su etapa en Reino Unido, Belohlavek tomó de nuevo la batuta al frente de la Filarmónica Checa y el pasado enero había ampliado su contrato hasta 2022. «La música es el sentido de mi vida. Siento la alegría, aunque sólo lea las notas», dijo el músico en 2012 al volver a dirigir el conjunto checo.