31 Ocak 1983 tarihinde Ankara'da dünyaya gelen Belçim Bilgin, baba tarafından Diyarbakır, anne tarafından ise Mardin ve Batman'dan gelme Kürt kökenli bir ailenin çocuğudur. Ailesi uzun yıllar önce Ankara'ya yerleşmiştir. Belçim Bilgin, küçük yaşlardan itibaren oyuncu olma hayali kuranlardan biridir ve bu dönemde tiyatroyla ilgilenmeye başlamıştır.
İlkokulu Salih Alptekin İlkokulu'nda tamamladıktan sonra babasının iş tayini nedeniyle İskenderun'a taşındılar. Ortaokulun son yılını ve lise yıllarını Mehmet Emin Resulzade Anadolu Lisesi'nde geçirerek 2001 yılında mezun oldu. 2002 yılında Hacettepe Üniversitesi Edebiyat Fakültesi Bilgi ve Belge Yönetimi Bölümü'nde yüksek öğrenimine başladı.
Ancak lise yıllarında amatör tiyatro deneyimine sahip olan Belçim Bilgin, oyunculuk kariyerini düşünüyordu. Bir arkadaşının aracılığıyla Yılmaz Erdoğan ile tanıştı. Bu olayın ardından "Sıfır Kilometre" adlı sinema filminde rol alan Belçim, okulunu dondurup Paris'e yerleşti. Burada 2 yıl geçiren Belçim, aynı zamanda "Dol" adlı filmde de rol aldı. 2006 yılında Türkiye'ye dönen oyuncu, Yılmaz Erdoğan ile evlendi.
"Hatırla Sevgili" adlı dizide Defne karakterini canlandıran Belçim Bilgin, aynı zamanda eşi Yılmaz Erdoğan'ın yazdığı bir oyunda rol almak istediğini ifade etti. 23 Ocak 2009'da vizyona giren "Güz Sancısı" filminde Nemika karakterini canlandırdı. Ayrıca Ocak 2011'de "Aşk Tesadüfleri Sever" adlı filmde başrol oyuncusu olarak yer aldı. 2016 yılında FOX'ta yayımlanan "Kördüğüm" adlı dizide başrol oyuncusu olarak rol aldı.
"Kördüğüm" dizisinden sonra aynı yıl içinde "Annemin Yarası" sinema filminin oyuncularındandı. 2017 yılında Star TV'de yayımlanan "Çember", 2018 yılında "Cebimdeki Yabancı" ve "Backstabbing for Beginners", 2019 yılında "Rüzgar" ve 2020 yılında sırasıyla "Acı Kiraz", "Room 5" ve "Uzak Ara Eğlence" gibi sinema filmleri ve dizilerde yer almıştır. 2020'de "Hekimoğlu" dizisinde "Selin Kurt" karakterini canlandırdı.
