Talentoso pianista, a corta edad comenzó a tocar el piano que estaba en su casa, aprendiendo de su padre Rubens Vitale, también músico. Junto con otros colegas músicos vecinos del partido de San Isidro en el Gran Buenos Aires, formaron la cooperativa de música «MIA» (iniciales de «Músicos Independientes Asociados») cuando contaba sólo 12 años. «MIA» se hizo popular en los ambientes de rock progresivo a fines de los años 1970.

Otros músicos arrancaron a través de MIA, incluyendo a su hermana Liliana, a la cantante Verónica Condomí, y a los instrumentistas Juan del Barrio y Daniel Curto. En 1982 cuando Lito Vitale estaba en pareja con Verónica Condomí tuvo a la hija de ambos: Mariela Vitale más conocida por el nombre artístico Emme.

Después de «MIA», Vitale comenzó una serie de colaboraciones con muchos músicos argentinos. Actúo y grabó con Dino Saluzzi, luego con Bernardo Baraj (saxo) y con Lucho González (guitarra) formó el grupo «El Trío». Esta formación adaptó clásicos de tango, milonga, y folclore, siendo muy populares entre los estudiantes, audiencias de jazz, y programadores de radio, una especie de equivalente local de artistas del sello ECM como Pat Metheny o el cuarteto europeo de Keith Jarrett. También ha colaborado con Patricio Rey y sus Redonditos de Ricota en algunos de sus discos como invitado, por ejemplo en La Mosca y la Sopa (en el tema “Blues de la Artillería) y Luzbelito (en los temas “Blues de la Libertad”, “Mariposa Pontiac – rock del país” y “Rock Yugular”) y también en Último Bondi a Finisterre (en los temas “Drogocop” y “La Pequeña Novia del Carioca”).

En 1988 fundó el Lito Vitale Cuarteto (con Marcelo Torres, Manuel Miranda y Christian Judurcha), cuyo álbum debut “Ese Amigo de Alma” se convirtió en disco de oro en España y se vendió 200,000 copias solo en Argentina. Otros discos importantes como “La Senda Infinita” o “La Cruz del Sur” refrendaron a Vitale como una de las figuras destacadas dentro de las nuevas músicas.

En los años 1990, Vitale grabó tangos con Juan Carlos Baglietto, recibiendo un Premio Grammy de música latina por dicha colaboración en el año 2000. También durante esos años, Vitale grabó jazz con Lucho González y con el flautista Rubén Izarrualde. Con esta formación asistió al Festival de Jazz de Montreux de 1998.

Vitale ha compuesto bandas de sonido para muchas películas argentinas. Obtuvo el prestigioso Premio Konex en tres oportunidades: como Arreglador en 1995 y 2015, y como instrumentista en 2005.

Discografía parcial
1981: Sobre miedos, creencias y supersticiones – CICLO 3
1983: Quitapenas – CICLO 3
1984: A 2 pianos – en vivo, junto a Manolo Juárez – CICLO 3
1985: Cumbo-Vitale-González – CICLO 3
1985: Solo – CICLO 3
1987: Lito Vitale Cuarteto – CICLO 3
1987: En solitario – CICLO 3
1988: Ese amigo del alma – CICLO 3
1989: La senda infinita – CICLO 3
1990: Viento sur – CICLO 3
1991: La excusa – CICLO 3
1991: Un día antes de ayer – CICLO 3
1991: Kuarahy – CICLO 3
1992: Sobre riesgos y memorias – CICLO 3
1993: Lito Vitale y La cruz del sur – CICLO 3
1993: Juntando almas – CICLO 3
1994: Más allá del mar – CICLO 3
1994: Cuentos de la media luna
1995: Juntando almas II – La memoria del tiempo – CICLO 3
1995: Pantallas – CICLO 3
1996: Solo piano – CICLO 3
1997: Laberinto sin ley – CICLO 3
1997: Cuando el río suena – EMI ODEON
1997: Tracción a cuerda – HELVENS
1997: Pantalla de Agua – HELVENS
1998: El grito sagrado
1998: Desde casa – EMI ODEON
1998: Un Mundo próximo – EMI ODEON
2000: Día del Milenio – CICLO 3
2001: Todos estos años (6 CD) – CICLO 3
2002: Música para soñar y reposar – Volumen I: Rock argentino – CICLO 3
2002: Música para soñar y reposar – Volumen II: Tango y Foklore argentino – CICLO 3
2002: Música para soñar y reposar – Volumen III: Originales – CICLO 3
2002: Un solo destino
2003: Nebbia & Vitale – La melancolía total, junto a Litto Nebbia – DISCOS MELOPEA S.A.
2004: Cuatro calmas – SONY MUSIC
2004: El hombre de la corbata roja – CICLO 3
2005: Vivo en Argentina (vivo) – CICLO 3
2006: Adiós hermano cruel – CICLO 3
2006: Escuchame en el Ruido Vol. 1 – CICLO 3
2006: Escuchame en el Ruido Vol. 2 – CICLO 3
2007: El otro – SONY BMG MUSIC ENTERTAINMENT ARGENTINA S.A.
2008: Nuevo Trío – CICLO 3
2008: Serie de oro – Grandes Éxitos – EMI ODEON
2013: Federal Tango – CICLO 3