Desde sus inicios, formó parte del grupo Síntesis, hasta que en 1983 creó su propia banda, caracterizada por una notable versatilidad, donde se combina la música de cámara y la popular, con incursiones al jazz, bajo un marcado acento de cubanía.
El artista participó en los festivales de jazz de Montreal, Du Maurier Ltd Downtown, de Toronto, (Canadá), Latino de Nueva York (Estados Unidos), el Cervantino de México, Afro-caribeño de Burdeos y el Midem de Cannes (Francia).
Como compositor su nombre está unido a las bandas sonoras de importantes series televisivas cubanas como En silencio ha tenido que ser y Julito el pescador, ambas en colaboración con su hermano Sergio (1948-2016), también Premio Nacional de Música 2014.
Su firma también aparece en la música de las películas Fresa y Chocolate, Techo de vidrio y Un paraíso bajo las estrellas, entre otras obras.
Nominado entre los cinco mejores álbumes de música clásica al premio Grammy Latino, con su CD Salmo de las Américas (2000), José María Vitier ostenta importantes distinciones como la Medalla Alejo Carpentier y la Orden Félix Varela, ambas en 2004.
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