Allievo di W. Meyer Lübke a Vienna, di Hübschmann a Strasburgo e di J. Gilliéron a Parigi, nel 1906 scrisse un importante saggio sulla parlata romanza di Veglia (estintasi nel 1898), che nel 1907 gli valse la cattedra di “Storia comparata delle lingue classiche e neolatine” presso la Facoltà di Lettere e Filosofia dell’Università degli Studi di Torino; e tali insegnamenti, mutata la denominazione in “Linguistica” (1925) e in “Glottologia” (1939), tenne fino alla morte.

Nel 1923, dopo la morte di G. Parodi, fu grazie alla sua tenace volontà che prese corpo il progetto dell’ALI (“L’atlante italiano sarà fatto da Italiani”), con l’appoggio di G. Bertoni suo collega all’Università di Torino, anche se risultò subito determinante il coinvolgimento di Ugo Pellis, presidente della Società Filologica Friulana.

Legato il suo nome alla ‘teoria neolinguistica’ e alle cosiddette ‘norme areali’, Bartoli fu un esponente di primissimo piano degli studi glottologici in Europa per la novità delle sue proposizioni metodologiche, in contrasto con l’imperante dogmatismo di ascendenza neogrammaticale.