D'abord formé au Conservatoire de Berne (clarinette), Jean-Luc Darbellay se perfectionne auprès de Pierre Dervaux (direction), et d'Edison Denisov (composition). Ensuite il travaille avec Cristóbal Halffter, Heinz Holliger, Klaus Huber et il suit les cours de Pierre Boulez à l'Ircam.
Outre ses tâches de direction et d'animation de festivals (ainsi les World New Music Days en Suisse et le festival «l'art pour l'Aar»), son oeuvre de créateur est considérable. Elle touche à tous les genres de l'opéra aux oeuvres pour choeur et grand orchestre et aux formations de chambre. Il crée l'Ensemble ORION avec son fils Olivier Darbellay, corniste et sa fille Noëlle-Anne Darbellay, violoniste.
En 1992 il collabore à Pérouse avec John Cage. La même année, il crée avec son épouse Elisabeth Darbellay la pièce Lebenslauf de György Kurtág à Witten, dans le cadre du festival du WDR.
Jean-Luc Darbellay reçoit régulièrement commande des grandes Radios, dont Radio France, la Radio de Leipzig (Requiem pour solistes, choeur et orchestre, repris par
Il est compositeur en résidence 2011-2012 auprès de l'Orchestre de Chambre de Lausanne. Cosmos pour multipercussion et orchestre (une commande de la TSR et de l'OCL) est créé par Evelyn Glennie sous la baguette de Pascal Rophé à cette occasion. En 2012 il est compositeur en résidence lors du festival les «Sommets musicaux» de Gstaad.
En 2005 l'état français l'a fait chevalier de l'ordre des arts et des lettres.