Il nait à Chioggia (Venise) sous le nom de Bruno Grossato, et reprendra plus tard le nom de sa mère Maderna. Celle-ci meurt alors qu'il n'a que 4 ans.
C'est son père qui lui assurera une formation musicale, si bien qu'à 7 ans, Bruno Maderna dirige plusieurs orchestres en Italie du Nord. Aidé par la comtesse de Polignac, il fait ses études au Conservatoire Sainte-Cécile à Rome avec Alessandro Bustini et obtient en 1940 son diplôme de composition. Il se perfectionne à Venise avec Gian Francesco Malipiero au Conservatoire Benedetto Marcello de Venise et suit des cours de direction d'orchestre avec Antonio Guarnieri et Hermann Scherchen.
Il est fait prisonnier par les SS allemands en 1945, puis il rejoint des partisans antifascistes.
Il enseigne au conservatoire de Venise, puis à partir de 1954 aux cours d'été de Darmstadt, et à partir de 1960 aux cours d'été de Darlington. Il enseigne enfin au conservatoire de Milan entre 1957 et 1958.
Parmi ses élèves, on compte le chef d'orchestre et compositeur Giuseppe Sinopoli.
Son instrument soliste de prédilection était le hautbois. C'était pour lui l'instrument « aulodique » parfait. Ce mot est tiré d'aulos et de mélodique.
Il meurt d'un cancer à 53 ans. Plusieurs œuvres ont été dédiées à sa mémoire :
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