Passé en jeune cadet au PA Champigny puis à l'AS Sucy-en-Brie, il est intégré au centre de formation du Paris SG en 1992. Ailier droit, il reste un an dans le club de la capitale avant d'être transféré au FC Martigues alors en Ligue 2. À la surprise générale, il rejoint Marseille lors de la saison 1997-1998. Prêté à l'AS Cannes, puis au Celta de Vigo, il jouera avec Marseille de 2000 à 2003, avant d'être de nouveau prêté pour un an à Manchester City. Entre 2003 et 2005, Djamel Belmadi passe deux saisons au Qatar, la première à Al-Gharafa SC et la seconde à Al Kharitiyath SC. En 2005, il retourne en Angleterre, en signant à Southampton, qui se trouve alors en Championship. Il y reste deux saisons avant de finir sa carrière entre 2007 et 2009 à Valenciennes, alors pensionnaire de Ligue 1. Il compte 20 sélections en équipe nationale d'Algérie entre 2000 et 2004, dont il est le capitaine à la CAN 2004 en Tunisie.