Estudià enginyeria, i posteriorment ingressà al Conservatori de Milà, on fou alumne de M. Saladino (contrapunt) i V. Ferroni (composició). Durant un curs ensenyà harmonia, però de seguida es dedicà exclusivament a la composició. El 1913 obtingué el seu màxim reconeixement amb l’estrena de L’amore dei tre re, obra que presenta nombroses similituds amb el Tristany i Isolda de R. Wagner. Precisament aquesta incorporació d’elements wagnerians a l’òpera italiana ha estat una de les troballes més reconegudes de l’obra de Montemezzi. Altres òperes importants són Giovanni Gallurese (1905) i La nave (1918), amb text de G. D’Annunzio.