Buelens studeerde Germaanse taal- en letterkunde aan de UFSAL (latere KUB) in Brussel en de Universiteit Antwerpen . Hij was gedurende enkele jaren docent aan de Universiteit Antwerpen . In 2005 was Peter Paul Rubens Chair aan de University of California, Berkeley en in mei van datzelfde jaar werd hij aangesteld als hoogleraar Nederlandse letterkunde aan de Universiteit Utrecht. In 2008 was hij Kluge Fellow van de Library of Congress (Washington D.C.) en werd hij aangesteld als buitengewoon hoogleraar aan het Departement Afrikaans en Nederlands aan de Universiteit Stellenbosch.

In 2012 werd hij verkozen tot lid van de Koninklijke Academie voor Taal- en Letterkunde (Gent, België) en in 2013 tot lid van de Academia Europaea.

Zijn huidige onderzoek gaat over literatuur en de milieu- en klimaatcrisis, de Vlaamse Congo-literatuur en -cultuur, het schrijven van nationale en mondiale literatuur- en cultuurgeschiedenissen en de dynamiek tussen de poëzie en de liedkunst sinds de Romantiek.