Nació en Módena y fue padre teatino, conocido como filósofo y matemático antes de adquirir fama como arquitecto. (Divulgó a Euclides e incluso se adelantó a Monge en su erudita obra Placita Philosophica de 1665). Era ante todo un matemático y en segundo lugar arquitecto, sus complejas composiciones espaciales son algunas veces difíciles de comprender únicamente con la vista; sin embargo son estimulantes tanto intelectual como artísticamente. Todos sus edificios importantes que se conservan se encuentran en Turín, donde pasó los últimos 17 años de su vida. Su admiración por Borromini es muy clara en el Colegioi dei Nobili (1678) y en el Palazzo Carignano (1697), imitando el estilo de éste,  y realizando verdaderas osadías arquitectónicas en las Capella de SS Sindone (1667-90) y San Lorenzo (1668-87) en Turin. Ambas iglesias están coronadas por fantásticas cúpulas en forma de cono. La inspiración de estas concepciones puede proceder de la arquitectura hispano-musulmana (Mezquita de Córdoba). El ingenio estructural de Guarini no se redujo a las cúpulas y sus otros experimentos, sobre todo sus bóvedas con arcos y sus arcos diagonales, en declinacón o tridimensionales, ejercieron mucha influencia en Alemania y Austria. 

Ninguno de sus edificios importantes fuera de Turín, ha sobrevivido. S. Annunziata y Palacio teatino en Messina (1660), Ste. Anne-la-Royal de Paris (1662), Sta. María de Altötting en Praga (1679) y Sta María de la Divina Providencia en Lisboa.Su influencia aumento considerablemente gracias a su libro Architettura Civile, publicado después de su muerte 1737, siendo muy populares sus ilustraciones.