Probablemente creció en Roma, donde tuvo como maestro de composición a Orazio Benevoli, distinguido compositor de la escuela romana. El 25 de agosto de 1642 tomó parte como intérprete de continuo adicional en el festival de la iglesia de San Luigi dei Francesi, donde Benevoli era maestro di capella. En este período, Bernabei también fue alumno de Antonio Pastorelli, cantante de San Luigi dei Francesi. Es probable que durante los años pasados en Roma tuviera contactos frecuentes con la escuela de Giovanni Carissimi, de la que también formaban parte Marc'Antonio Cesti y Alessandro Scarlatti, y es posible que, introducido en las casas de los Chigi, de los Orsini y de los Barberini, había tenido la oportunidad de empezar su formación teatral, asistiendo a espectáculos que se ofrecían en las residencias principescas de la Roma papal. Mucho sirvió a la preparación musical de Bernabei la audición de oratorios y composiciones sacras que se realizaban con tanta frecuencia en el oratorio del SS. Crocifisso en San Marcello y en la iglesia de Santa María in Vallicella; por otra parte, en este periodo, tuvo oportunidad de ver los espectáculos del Teatro Tor di Nona, que fue inaugurado en 1661 con la ópera "Alessandro vincitor di se stesso" de Francesco Cavalli. En estos años también asistió a la corte de la reina Cristina de Suecia, que le dio protección y estímulo. La primera fecha segura de su actividad artística se remonta al 1 de junio de 1653, día en que fue contratado como organista en la capilla de San Luigi dei Francesi, sucediendo a Luigi Rossi, con un salario mensual de cuatro escudos.

Iglesia San Luigi dei Francesi, Roma

Esta posición demuestra la estimación de que disfrutaba en los círculos musicales, ya que sucedía directamente a Luigi Rossi, y sus predecesores habían sido músicos muy famosos, como los dos Nanino, Giovanni Maria y Giovanni Bernardino, Ruggiero Giovanelli y Orazio Benevoli. En San Luigi permaneció durante doce años, es decir, hasta 1665; sin embargo, incluso antes ya se dedicaba a la actividad de compositor y había escrito algunas cantatas que figuran en un libro manuscrito en posesión de la casa Orsini, ahora en el Museo Británico. Fue reemplazado temporalmente en 1658–9 por Ercole Pastorelli. En este periodo (1663) Bernabei también fue parte de la Congregación de Santa Cecilia como 'guardián' (especie de superintendente) de la sección de los organistas; más tarde, en 1670, se convirtió en 'guardián' de la sección de los maestros, sucediendo a Antonio María Abbatini.

El 4 de julio de 1665 Bernabei fue nombrado maestro di cappella de San Giovanni in Laterano, importante puesto que había sido ocupado hasta cerca de una mes antes por Giuseppe Corsi, y que él conservó hasta el 5 de marzo de 1667, cuando regresó de nuevo a San Luigi dei Francesi como maestro di cappella, sucediendo a Antonio Maria Abbatini, después de ganar una competencia 'inter plures concurrentis', como se lee en el decreto de nombramiento del 6 de marzo de 1667. Probablemente su hijo Giuseppe Antonio Bernabei ofició por él durante su ausencia en San Luigi. En el decreto Bernabei figura recomendado por el embajador francés Charles Albert d'Ailly Duque de Chaulnes y especialmente por el maestro di cappella saliente, A. M. Abbatini; también se consideró el hecho de que durante muchos años había sido el organista de la iglesia misma. Su salario mensual era de 11 coronas, así como un regalo en Navidad de 6 escudos y otro de 10 escudos para la fiesta de San Ludovico, con ocasión de la función que se llevó a cabo con gran pompa en presencia de embajadores y cardenales, y que bajo la dirección de Bernabei se celebró con la participación de cuatro coros y numerosos cantantes e instrumentistas, que llegaron al número de cuarenta y dos. Durante estos años, es de suponer también un probable servicio de Bernabei para el principe Flavio Orsini, duque de Bracciano, a quien dedicó el "Concerto madrigalesco a tre voci diverse" (Roma 1669), recordando en la dedicatoria sus 'singulares favores y gracias'.

En marzo de 1665 aparece como organista del segundo coro en el oratorio del SS. Crocifisso en San Marcelo (con un escudo de honorario); el 2 de marzo de 1668 figura también como maestro di cappella para el segundo oratorio ejecutado allí mismo, tal vez de su propia composición. Se puede suponer, por otra parte, que también era el organista de la misma cofradía del SS. Crocifisso, porque a veces acompañaba las Vísperas solemnes (1670 y 1671). En San Luigi Bernabei permaneció hasta junio de 1672. Habiendo muerto el 17 de junio de ese año su maestro Orazio Benevoli, tres días después fue llamado a sucederle en el cargo de maestro di cappella en la Capilla Giulia, en el Vaticano, en gran medida gracias a la intercesión de la Reina Christina de Suecia, con cuyo respeto y protección contaba. Del nuevo cargo tomó posesión con un sueldo de 15 coronas mensuales. A pesar de ocupar un puesto tan alto en el Vaticano, Bernabei continuó, sin embargo, su actividad de organista del segundo coro en los habituales cinco oratorios ejecutados desde  febrero a marzo de 1674, en San Marcelo, donde la archicofradía del SS. Crocifisso, bajo la protección del cardenal Flavio Chigi, había iniciado ya en 1673 los preparativos para el Jubileo de 1675. Es probable que entre 1673 y 1674 Bernabei debió componer el oratorio para el año santo "Regina Ester liberatrice del popolo Ebreo", que más tarde fue ejecutado el 27 de febrero de 1675 en el oratorio de la archicofradía de la Pietà de la nazione fiorentina en S. Giovanni.

Edición discográfica de la cantata "Dal Regno d'Amore" de Ercole Bernabei

A estas alturas la reputación de Bernabei también se había extendido en el extranjero, tanto es así que tan sólo dos años después de su nombramiento en la capilla Giulia en el Vaticano, cuando Johann Kaspar Kerll abandonó el servicio en la corte de Munich, fue elegido por el elector Ferdinando María de Baviera como su sucesor en el cargo de kappellmeister (fue especialmente elegido por su madurez porque la corte había encontrado al temperamental Kerll demasiado conflictivo). Bernabei partió el 8 de mayo de 1674, y llegó a Munich, premunido de una recomendación del cardenal Carlo Barberini, y encontró en la capital bávara excelente acogida, sobre todo porque la música italiana dominaba el ambiente de la corte (como, de hecho, ocurría en Dresde y otras cortes de Alemania y Austria), que desde 1568 habían acogido obras y artistas italianos.

Llevó con él como ayudante y traductor a su joven alumno Agostino Steffani. Aunque no totalmente feliz en Munich y anhelando volver a Italia, permaneció allí hasta su muerte. En particular, durante el gobierno de Ferdinando Maria y su esposa Adelaida de Saboya, el teatro de ópera italiano había sido favorito, a partir de la representación, el 12 de febrero de 1654, del primer verdadero drama musical, "La Ninfa ritrosa", de autor anónimo. Era natural que en un entorno de este tipo Bernabei tuviera la oportunidad de expresar libremente su talento. Sin embargo Kerll, envidioso de su sucesor, trató de ponerlo en vergüenza escribiendo para el concierto de apertura un dúo para dos castrados tan difícil como para obligar a los cantantes a desafinar; pero Bernabei tuvo éxito, con su gran habilidad, para evitar un fracaso ridículo.

El 25 de julio de 1674, aproximadamente un mes después de su nombramiento, el sueldo de Bernabei, que en el ínterin había adquirido un gran respeto y simpatía en la corte de Baviera, incluso entre los músicos a su cargo, fue establecido en 1.180 florines y otros 243 'para el vino'. Por un decreto del 20 de noviembre le fue más tarde conferido el título de consejero de la corte, y por otro de 27 de octubre de 1677 obtuvo otros 60 florines por labores especiales antes ejecutadas por un cierto B. Giusani. Bernabei no defraudó a sus protectores, y hasta su muerte aumentó su reputación con las obras que, con una actividad incesante, iba produciendo, y por su buen servicio. Murió en Munich el 4 o el 5 de diciembre de 1687, y fue enterrado el 6 de diciembre en la Iglesia de la corte de San Gaetano. Lo sucedió en el cargo en la corte de Baviera su hijo Giuseppe Antonio. Como prueba de su excelente enseñanza, se recuerda que entre sus estudiantes, además de sus hijos Giuseppe y Vincenzo Antonio, estuvo también Agostino Steffani.

De la producción de Bernabei -que debió ser conspicua- muchas composiciones se han perdido, algunas son de atribución incierta, pero otras se han mantenido nunca del todo desaparecidas del repertorio de las capillas de Roma y Munich. A partir de estas pocas composiciones se puede tener una idea bastante clara de la capacidad creativa de Bernabei, tanto en el campo religioso como en el profano, y de la estimación que recogió a lo largo de su vida. Digno alumno de Benevoli, Bernabei se distingue por su facilidad en el manejo del estilo polifónico en casi todo; no sólo mantuvo la tradición de la escuela romana en un plano de gran dignidad, sino que supo evitar artificios exagerados.

Durante sus años como compositor para varias iglesias de Roma Bernabei demostró ser un maestro del stile antico, pero también mostró que era versátil componiendo música sacra en estilos más modernos: escribió numerosas obras concertato, tanto a la gran manera policoral como en el estilo íntimo para voces solas. Sus importantes puestos en la iglesia  restringieron su desenvolvimiento en la música secular, pero a pesar de la crítica de los grupos conservadores compuso unas pocas cantatas y canzonettas. Algunas de sus obras de más calidad se encuentran en las 15 piezas para tres voces de su "Concerto madrigalesco", una colección que sirvió a Steffani como modelo. Sólo cuando Bernabei fue a Munich se le exigió componer óperas; la música está perdida.