La primera evidencia documentada de las actividades musicales de Vitali aparece en los archivos de la orquesta de San Petronio hacia 1658, cuando es mencionado bajo el título de ‘Violoni’, refiriéndose al instrumento cello/bajo que tocaba. Vitali permaneció en la orquesta hasta 1673, cuando recibió un nombramiento como maestro di cappella en la capilla de la Confraternità del Rosario, Bolonia. Su primera publicación, Op. 1 (1666), nos dice que era miembro de la Accademia dei Filaschisi. Esta institución musical, que se había establecido en 1633, se disolvió en 1666 cuando la mayoría de sus miembros se unió a la Accademia Filarmonica. Vitali también se inscribe como miembro de la Accademia Filarmonica en 1666, el año de su fundación. Los archivos de la academia contienen varios detalles sobre sus miembros, incluyendo de donde venían (si no eran de Bolonia) y sus fechas de nacimiento y muerte. La fecha de muerte de Vitali se graba aquí como 12 de octubre de 1692.

Vitali nunca alcanzó una posición más alta en Bolonia que la de maestro di capella en el Santissimo Rosario. Puede haber varias razones para esto. En laépoca en que dejó Bolonia y se trasladó a Modena no había publicado música vocal y se sabe que había compuesto sólo dos obras vocales, los oratorios "Agare" e "Il Gefte". Curiosamente, él no era organista, a diferencia de la inmensa mayoría de los maestri di cappella de Bolonia durante los siglos XVII y XVIII. Por consiguiente, es improbable que aun cuando Vitali se haya quedado largo tiempo en Bolonia se le haya ofrecido el trabajo de maestro di cappella en San Petronio, la posición musical más importante de la ciudad.

Edición discográfica de obras de Giovanni Battista Vitali

En 1674 Vitali logró la posición de uno de los dos vice-maestri di cappella en la corte secular de la familia d'Este en Modena. A diferencia de Modena, Bolonia era parte de los Estados Papales, bajo la administración de Roma. La influencia de la Iglesia era fuerte (alrededor de ciento cincuenta instituciones religiosas al final del siglo XVII). La música y el teatro eran evidentemente fuertemente apoyados por la corte bajo el Duque Francesco II (1660-1694). Aquí, Vitali debe de haber dado testimonio de una mayor diversidad de estilos y géneros musicales que los que había expuesto en Bolonia. El periodo entre 1680 y 1685 vio su etapa más productiva: publicó seis colecciones de música y fue promovido a maestro di cappella en 1684. Fue sucedido en este cargo por el compositor de ópera Giovanni Antonio Giannettini en 1686. Sus últimas dos publicaciones, "Artifici musicali", Op. 13 (1689), y las "Sonate da camera", póstumamente publicada, Op. 14 (1692), no hacen ninguna mención sobre Vitali ocupando algún puesto oficial, aunque el hecho de que ambas publicaciones estén dedicadas a los miembros de la familia d'Este implica que mantenía vínculos con la corte.

Vitali tocaba un instrumento de cuerdas bajo, pero debido a la terminología cambiante en uso en ese momento, es mencionado bajo varios nombres diferentes. Cuando se unió a la orquesta de la Basílica de San Petronio en 1658, su nombre se entró en los archivos de la orquesta bajo el título ‘Violoni'. Sin embargo, en los archivos de 1664 es llamado ‘Suonatore di Violonline’ [sic]. Según Bonta, violonline ‘se refiere al mismo instrumento que "violoncino", que también se menciona en la lista de 1658, pero sin conexión con Vitali. En las páginas del título de las primeras cinco publicaciones de Vitali, se llama a sí mismo ‘Sonatore di Violone da Brazzo' o ‘Musico di Violone da Brazzo'. Desde su "Salmi concerti" Op. 6 (1677) en adelante, y en reimpresiones más tarde de los Opp. 1 a 5, después de su nombramiento en la corte modenesa, él se llama ‘Vice Maestro di Capella', sin referencia al instrumento que tocaba.

Una de las pocas obras inéditas supervivientes de Vitali es la "Partite sopra diverse sonate", para ‘Violone ', hacia 1680. Hay también muchas obras vocales de su periodo en Módena encontrados en manuscritos: diez cantatas sacras y seculares y cuatro oratorios, la música de dos de los cuales sobrevive. Los textos de sus oratorios son alegóricos o basados en el Viejo Testamento. Una cantata, "Per l'Accademia della Coronatione della Regina d'Inghilterra", fue escrita para conmemorar la coronación de María Beatrice, la hermana de Francesco II, cuando su marido se convirtió en el Rey James II de Inglaterra.

De las catorce publicaciones en la producción de Vitali, nueve son colecciones de danzas ‘da camera' (Op. 1, 3, 4, 7, 8, 11, 12 y 14), dos son vocales sacras (Op. 6 y 10) y tres son libres o sonatas ‘da chiesa' (Op. 2, 5 y 9). La colección restante, Op. 13, no encaja cómodamente en estas categorías y es un conjunto pedagógico de sesenta composiciones, todas acerca de las técnicas del contrapunto. La mayoría de las obras da chiesa (treinta y seis sonatas en total) son compuestas para dos violines y órgano continuo. La mayor parte de la producción de Vitali consiste en música de baile. Su última colección de música de baile, y su último trabajo impreso, "Sonate da cámara a  tre", Op. 14 (1692), fue publicado póstumamente por su sobrino Tomaso Antonio Vitali en 1692.