Vitali var elev av Maurizio Cazzati, kapellmester i kirken San Petronio i Bologna. Fra 1658 arbeidet Vitali som sanger og cellist i San Petronio. I 1666 ble han opptatt i byens og var fra 1673 kapellmester i . I 1674 ble han visekapellmester ved hertug Ferdinand III d'Estes hoff i Modena, og ti år etter kapellmester samme sted. Han var i tillegg medlem av i Modena.