Tras trabajar como pianista y acompañante de cantantes como Shirley Bassey y en alguna que otra película, se puede considerar que su auténtica entrada en el mundo del cine es gracias a David Lynch y su Terciopelo azul, iniciando así una larga colaboración que se prolongaría toda su vida.
También ha compuesto numerosas canciones para la cantante Julee Cruise, quien también interpretó varios temas en Twin Peaks, así como con la vocalista Marianne Faithfull.
También ha sido el responsable a cargo de componer la banda sonora para el videojuego Fahrenheit (conocido en América como Indigo Prophecy), cuyas piezas se caracterizan por ser melodías melancólicas y desoladoras.
La música de Badalamenti se caracteriza por sus lánguidas y sinuosas melodías así como sus múltiples aproximaciones al jazz.
Por su partitura para The Straight Story (Una historia verdadera/Una historia sencilla) fue nominado al Globo de Oro a la mejor banda sonora en 1999.