Angelo (Evaristo Teresio) Morbelli nasce il 18 luglio 1853 ad Alessandria da Giovanni, agiato proprietario di terreni vinicoli nel Monferrato e attivo in ambito burocratico come sostituto segretario d'intendenza, e da Giovannina Ferraris.
Negli anni dell'infanzia rivela una spiccata propensione alla musica e in particolare allo studio del flauto, che però abbandona presto in seguito a una mastodite - con progressivo abbassamento dell'udito - contratta all'età di sette anni mentre era nel collegio Triverio di Casale.
Per volere dei genitori è avviato allo studio del disegno presso un pittore locale. Nel 1867 una borsa di studio concessagli dal Comune di Alessandria gli consente di trasferirsi a Milano, dove risiede presso una zia e si iscrive alla locale Accademia di Brera. Qui conosce Francesco Filippini, Eugenio Gignous, Gaetano Previati, Giovanni Segantini, Cesare Tallone, Achille Tominetti, Emilio Longoni e Giovanni Sottocornola.
A Brera segue l'intero iter di studi, che comprendeva i corsi di disegno di anatomia, d'ornato e di disegno di elementi di figura nel primo biennio, mentre, nel triennio successivo, quelli di pittura, di prospettiva, di nudo, di paesaggio, allora diretti da Giuseppe Bertini, Raffaele Casnedi e Luigi Riccardi.
Gli anni di accademia sono positivi e costellati da una serie di affermazioni personali: la menzione onorevole per la copia del busto nel 1870; due medaglie di bronzo per il paesaggio (1871-1872); la medaglia d'argento per la copia della statua (1872), riconfermata a conclusione del triennio (1873) "pei progressi durante l'anno scolastico"; la medaglia d'argento per la copia di un monumento (1872); la menzione onorevole della Scuola di nudo (1873).
Nel 1874, appoggiato dal maestro Bertini, partecipa per la prima volta all'annuale rassegna braidense con il dipinto Interno del coro del monastero Maggiore in Milano. L’anno seguente espone invece La galleria Vittorio Emanuele in Milano.
Nel 1879 partecipa per la prima volta alla Promotrice di Torino, dove espone anche nel 1892, 1896 e 1912. L’anno seguente, a Brera, presenta il dipinto Goethe morente (Alessandria, Pinacoteca Civica; donato dall'artista alla città di Alessandria in segno di riconoscenza nel 1883): opera ispirata agli ultimi momenti di vita del poeta tedesco, ancora legata agli insegnamenti accademici e al genere romantico-letterario, genere da cui si allontana presto, preferendo tematiche di ispirazione verista. Le opere datate tra il 1881 e il 1884 si ispirano infatti alla vita contadina e popolare che traggono ispirazione nella coeva letteratura verista di Giovanni Verga (Lo spaccalegna, 1881-1884; Ritorno alla stalla, 1882) e, in rari casi, in quella romantica (Pianto sulla tomba e Bambina piangente,1882).
I soggetti affrontati, che risultano pervasi da un intimo pessimismo, espressione della partecipazione di Morbelli al dolore di giovani e anziani e della sua sincera attenzione verso l'umanità sofferente e impotente, gli consentono inoltre, sul piano tecnico, di esplorare i problemi del colore e della luce legati alla pittura stessa.
Nel 1883 espone all'annuale rassegna braidense Giorni...ultimi! (Milano, Civica Galleria d'Arte Moderna) - primo di una lunga serie di dipinti ambientati presso il Pio Albergo Trivulzio di Milano -: l'opera riceve il premio Fumagalli e, nel 1889, la medaglia d'oro all'Esposizione universale di Parigi. Il soggiorno parigino gli consente di aggiornarsi sull'utilizzo di oli e tempere industriali, che incomincia ad adottare anche nei suoi quadri.
Ai primi anni ottanta risale il suo matrimonio con la giovanissima Maria Pagani, figlia del gestore del Banco del Lotto di Casale, con la quale vive per il resto della sua vita nella casa milanese di via Tortona 11, che sarà la sua ispiratrice per molte opere dedicate al tema della Maternità e dalla quale avrà quattro figli. Nel 1883 stringe amicizia con i mercanti Vittore e Alberto Grubicy che gli acquistano qualche opera (ad esempio La stalla con le vacche del 1886) e, soprattutto, lo aggregano ad altri artisti - come Segantini, Tominetti e Pusterla - nella sezione gestita dalla galleria Grubicy della mostra londinese del 1888. Nel 1884 esegue la prima versione di Venduta (Milano, Civica Galleria d'Arte Moderna) che ritrae una giovane malata di tisi. Ripropone lo stesso soggetto in un altro dipinto esposto alla Italian Exibitiondi Londra del 1888 con il titolo A Pall Mall Gazette subject, ispirato a un articolo inerente la prostituzione giovanile apparso sul giornale londinese. Il medesimo tema è di nuovo fonte di ispirazione per una terza versione dal titolo Venduta presentata alla II Esposizione internazionale d'arte della città di Venezia del 1897: in questa nuova versione l'artista modifica l'inquadratura e adotta la tecnica divisionista.
Nel 1890 espone alla Società Amatori e Cultori di Roma (dove è presente anche nel 1895 e, regolarmente, dal 1906 al 1917) il dipinto Il viatico (Roma, Galleria Nazionale d'Arte Moderna e Contemporanea) al quale è conferita la medaglia d'oro. Nello stesso anno riceve, dietro l'interessamento di Vittore Grubicy, l'onorificenza di cavaliere. In occasione della Prima Triennale di Brera del 1891 invia due opere: Parlatorio del luogo Pio Trivulzio (ubicazione sconosciuta) e Alba (Barcellona, Museu nacional d'art de Catalunya).
Quest'ultima opera, acquistata nel 1894 dal Museo della città di Barcellona in occasione della seconda Esposizione generale di belle arti, è la prima opera del pittore alessandrino dove trova applicazione - seppur limitatamente al cielo - la tecnica divisionista.
Da questo momento si dedica con rigore quasi scientifico allo studio e applicazione di questa particolare tecnica attraverso la lettura dei più aggiornati trattati di ottica, fisica e chimica, affiancandola a puntuali osservazioni sul vero. Ciò lo porta parallelamente a rimeditare sul colorismo dei veneti e dei pittori del Seicento. Allo stesso periodo risale la sua forte e duratura amicizia con il pittore Giuseppe Pellizza da Volpedo, testimoniata da una fitta corrispondenza e dalle comuni esperienze di ricerca pittorica e culturale. Tra il 1894 e il 1895 è impegnato alla stesura di uno dei suoi capolavori, Per 80 centesimi! (Vercelli, Civico Museo Borgogna), ispirato al lavoro delle mondine in risaia, per il quale si serve di alcune fotografie da lui eseguite e poi rielaborate in atelier: metodo criticato dall'amico Pellizza, ma da lui difeso, vista la difficoltà di fissare in tempi veloci la variabilità della luce mediante la tecnica divisionista. L’opera è esposta alla I Biennale di Venezia del 1895, alla Triennale di Torino del 1896 e all'Esposizione internazionale di Dresda - insieme a S'avanza (Verona, Galleria d'Arte Moderna, Palazzo Forti) - dove è premiata con la medaglia d'oro. Nel 1896, insieme a Pellizza, è impegnato a promuovere senza esito un movimento divisionista italiano, nel tentativo di coinvolgere artisti quali Giuseppe Casciaro, Plinio Nomellini, Lorenzo Peretti junior, Longoni e Segantini. La delusione per il fallimento dell'iniziativa è tanta, e lo porta a isolarsi sempre più nel proprio lavoro. Intanto l'entusiasmo per la tecnica divisionista lo conduce ad affrontare, specie tra il 1893 e il 1900, vedute all'aperto, "cercando di tradurre sulla tela il massimo di tersità della luce meridiana in opere ispirate sia alle risaie del Casalese che alle vedute del giardino della Colma".
Affronta pure il paesaggio montano, favorito dai ripetuti viaggi a Sondrio, per sistemare due figli in collegio, in Valtellina, a Santa Caterina di Valfurva fra il 1895 e il 1912. Il primo tentativo in tale versante è la tela A 2000 metri (Valfurva), esposta a Firenze nel 1896. Nel 1900 è insignito della medaglia d'oro e della Legion d'Onore per il dipinto Giorno di festa, che nell'occasione è acquistato dal Municipio della città per il Musée du Luxembourg (Parigi, Musée d'Orsay). Tra il 1902 e il 1903 allestisce uno studio nei locali del Pio Albergo Trivulzio dove dà vita a una serie di dipinti che registrano situazioni, ambienti e reazioni umane instauratesi all'interno dell'ospizio. Qui realizza Il Natale dei rimasti (Venezia, Galleria Internazionale d'Arte Moderna di Ca' Pesaro) che invia alla V Biennale di Venezia del 1903 insieme ad altre opere racchiuse in un ciclo dal titolo Il poema della vecchiaia. Due anni più tardi espone sempre alla Biennale veneziana Sogno e realtà e Le parche dove istanze sociali si fondono insieme a quelle simboliste. Sempre nel 1905 vince la medaglia d'oro alla Internationale Kunstausstellung di Monaco con il quadro Vecchie calzette (collezione privata).
Nell'ultimo ventennio d'attività rivolge sempre più attenzione allo studio del paesaggio, colorandolo talvolta di simbolismo, come in Era già l'ora che volge al desìo del 1906, il cui soggetto rielabora quello di S'avanza. Nel frattempo rivisita molti soggetti precedentemente trattati, dai paesaggi marini (realizzati nei lunghi periodi trascorsi in Liguria, e in particolare ad Albisola) o lagunari (di Venezia e suoi dintorni, come Burano) ai temi relativi alla maternità e alla vita, nella consapevolezza che, "dando verità di vibrazioni luminose adeguate ai vari momenti della giornata, le minuscole pennellate divise potevano comunicare e suggerire nuovi stati d'animo ed emozioni".
Costituiscono inoltre particolare interesse le opere che dedica al tema della ballerina. Dal 1912 inizia la stesura, in forma di diario privato, di La Via Crucis del Divisionismo, nella cui redazione è impegnato fino al 1919. Si tratta di una serie di riflessioni sulla tecnica divisionista, corredate da commenti che definiscono la metodologia («Il divisionismo è la prospettiva dell'aria» o «il divisionismo dà, o dovrebbe dare, la sensazione dell'evidenza») e da trascrizioni di frasi e pensieri di artisti, scrittori e musicisti celebri.
Nel 1913 espone alla Società Amatori e Cultori di Roma il dipinto Angolo di giardino (Roma, Galleria Nazionale d'Arte Moderna e Contemporanea), che ritrae uno scorcio della sua proprietà alla Colma. Ispirato allo stesso luogo è Il capitello (collezione privata), esposto alla promotrice di Torino del 1919. Agli inverni a Milano e alle estati alla Colma, alterna negli stessi anni anche soggiorni nel Canavese, in Val d'Usseglio per la precisione, di cui esegue alcune vedute di largo respiro atmosferico.
Senza rinunciare ai principi divisionisti, nelle opere degli ultimi anni torna a utilizzare una pittura caratterizzata da larghi impasti di materia vibrante.
Muore a Milano il 7 novembre 1919.