Rota estudió en Roma con Alfredo Casella e Ildebrando Pizzetti, entre otros. Profesor del Liceo Musical de Bari desde 1939, del que llegaría a ser director, desarrolló una doble carrera como compositor de bandas sonoras de cine y compositor de música clásica. Ganó una beca y estudió en el Curtis Institute of Music de Filadelfia. Fue maestro del director Riccardo Muti.
El estilo de Rota, neorromántico, queda inscrito plenamente dentro de la tonalidad, bien acorde con su don innato de melodista.
Rota es mayormente conocido y recordado sobre todo por ser el encargado de la música de las películas del director de cine Federico Fellini. Su música suele ser delicada y marcadamente romántica, destacando especialmente sus secciones de madera y cuerda. También dominó a la perfección la composición para voz. Sus bandas sonoras de La Strada, La dolce vita, Ocho y Medio, Amarcord y Casanova rivalizan en fama con las que compuso para Luchino Visconti (El gatopardo, entre otras), Lina Wertmüller (Amor y Anarquía), René Clement (A pleno sol) y para Romeo y Julieta de Franco Zeffirelli. En esta última película es especialmente famosa la balada "A Time for Us", luego versionada por múltiples cantantes y orquestas.
La partitura de Nino Rota de El padrino fue candidata al Óscar en 1972, pero la Academia dio el premio a La huella de John Addison debido a que la música de Rota había sido utilizada en otra película: Fortunella (1958).
La música de El padrino II, compuesta por Nino Rota junto a la aportación de Carmine Coppola, padre de Francis Ford Coppola, sería candidata al Óscar dos años después, premio que esta vez sí ganaría.
Link para descargar la partitura: Nino Rota - Tema de El Padrino