Esordisce come cantante da bambino, a soli sei anni, durante uno spettacolo scolastico di raccolta di fondi per la Croce Rossa.
L'attività professionistica inizia invece negli anni cinquanta: mentre è studente universitario di architettura a Bologna, ha l'opportunità di farsi ascoltare dal maestro Lelio Luttazzi, che lo invita a partecipare al programma radiofonico Il motivo in maschera.
Conquista la grande popolarità quando si trova a sostituire proprio Dorelli nel celebre gioco televisivo Il Musichiere, di cui sarà ospite fisso, in coppia con Nuccia Bongiovanni (e accompagnato dall'orchestra del maestro Gorni Kramer), interpretando i motivi che i concorrenti devono indovinare.
Grazie a questa fortunata trasmissione ottiene i maggiori successi discografici, primo fra tutti la sigla di chiusura Domenica è sempre domenica, scritta da Kramer, Garinei e Giovannini.
Terminata la spinta promozionale del Musichiere, la voce di Bacilieri e il suo stile da crooner vengono sopraffatti dal rock and roll, dagli urlatori e dalle nuove mode musicali che si affermano negli anni sessanta: lascia l'RCA per passare prima alla casa discografica La Voce del Padrone e poi alla Fonocrom, per cui incide gli ultimi dischi senza successo.
Uscito dal mercato discografico, Bacilieri continua comunque a esibirsi nelle feste di piazza e nei night club, e intanto investe i suoi risparmi aprendo a Riccione un famoso locale, La Stalla, che ospita nella stagione estiva numerosi artisti; tra gli altri, tiene a battesimo un gruppo di giovani musicisti allora sconosciuti: i Pooh. Presentatore della "Stalla" era Nando Pucci Negri. Dopo la chiusura della "Stalla" aprì un night club a Bologna, città dove viveva, il "Black Shadow".
Nel 1979 ha una piccola disavventura giudiziaria legata alla gestione del locale, per cui viene condannato a sei mesi di carcere (che gli vengono però interamente condonati).
In anni più recenti ha partecipato come cantante a manifestazioni jazzistiche interpretando standard della musica statunitense. Cantava nei concerti di Romano Mussolini [1].
Tra i brani interpretati da Paolo Bacilieri sono da ricordare i seguenti: Per un bacio d'amor, Fantastica, Mille mandolini, La ragazza del montgomery, Mia cara Carolina, Mi abituerò, Non c'è sabato senza sole e soprattutto Ufemia.
Autori Vari (a cura di Gino Castaldo), Il dizionario della canzone italiana, editore Armando Curcio (1990); alla voce Bacilieri Paolo, di Fabrizio Zampa, pag. 78