Ces oiseaux plongent généralement pour se nourrir, mais ce sont des opportunistes qui utiliseront au mieux les ressources alimentaires de leur habitat.
Leur régime se compose de poissons de petite taille (vairons, épinoches, chabots, gardons, petites carpes, perches, poisson-chats, anguilles, différentes espèces de Lepomis etc.), d'écrevisses, de sangsues, d'insectes (libellules, fourmis, scarabées, divers diptères, insectes aquatiques, larves...) et d'amphibiens (têtards, grenouilles). On a aussi observé des grèbes à bec bigarré qui mangeaient des vers de terre, des escargots, des araignées et les graines ou parties tendres des plantes aquatiques.
Même si son vol peut être endurant, le grèbe à bec bigarré préfère souvent, quand il se sent menacé, s'enfuir en plongeant ou en se cachant dans la végétation plutôt qu'en s'envolant. C'est en effet un piètre voilier, du fait de son manque de manœuvrabilité en vol. Il décolle toujours depuis la surface de l'eau. Comme les autres grèbes, il a besoin d'une longue course d'élan avant de s'envoler. En vol, il présente une silhouette typique de grèbe, avec le cou tendu, les pattes un peu pendantes, et réalise de rapides battements d'ailes.
Le grèbe à bec bigarré est un oiseau timide et solitaire. Bien qu'il tolère la compagnie en période hivernale (on peut observer plusieurs individus chasser, plonger ou jouer ensemble), mâles et femelles établissent et défendent un territoire autour de leur nid d'environ 1,3 hectares en moyenne. Les populations migratrices se réunissent parfois en formations nombreuses.
Le grèbe à bec bigarré est généralement silencieux, mais les mâles, lors de la saison de reproduction, peuvent faire entendre des -couk-couk-couk- ou -woup-woup- assez doux, ou des cris plus puissants ressemblant à des rires (kao-kao-kao).
C'est un oiseau monogame pour une ou plusieurs saisons, dont la saison de reproduction débute en avril et peut durer jusqu'en octobre. La maturité sexuelle est atteinte à 1 ou 2 ans. Son espérance de vie est estimée à 5 ans.
La parade nuptiale est relativement peu élaborée par rapport à d'autres espèces de grèbes, mais comprend tout de même 5 phases:
Le nid flottant est bâti, par le mâle et la femelle, sur l'eau en 3 à 7 jours, bien caché parmi la végétation de marais à laquelle il est attaché, à partir de boue et de débris végétaux d'iris, de jonc, de laîche ou d'algues.
Les œufs, pondus de mars à septembre, sont blanc bleuté ou verdâtre et brunissent avec le temps. La femelle pond de 2 à 10 œufs, à raison de 1 œuf par jour. En ce qui concerne les populations du sud, la femelle réalise assez souvent deux pontes la même année.
L'incubation, qui dure de 23 à 27 jours, est assurée par les deux parents, mais la femelle est tout de même plus assidue à cette tâche.
Les petits, nidifuges, sont capables de quitter le nid une heure après leur éclosion, et sont souvent portés sur le dos de leurs parents, qui peuvent les nourrir dans cette posture, voire plonger avec leur progéniture. Les petits peuvent aussi s'accrocher avec leur bec à la queue d'un des parents et se faire ainsi entraîner, ce qui leur permet une fuite plus rapide en cas de menace. L'âge auquel les petits prennent leur indépendance est très variable, de 1 à 2 mois.