L’any 1946 es graduà en arquitectura per la Universitat Politècnica de Torí. El 1947 anà als Estats Units, on treballà amb Frank Lloyd Wright, pel qual fou molt influït. Hi projectà un pont que fou exposat pel Museum of Modern Art. Retornà a Itàlia (1950) i, després de dissenyar una fàbrica de ceràmica a Vietri sul Mare (Salern), de cinc pisos comunicats per rampes en espiral, s’establí definitivament als Estats Units l’any 1956. Al desert d’Arizona portà a la pràctica l’únic dels seus projectes visionaris, el complex urbanístic d’habitatges Arcosanti, una vasta edificació de formigó i acer capaç d’acollir més de 3.000 persones, la construcció de la qual s’inicià el 1973, finançada en part pels mateixos dissenys de Soleri i per les aportacions de simpatitzants i voluntaris.
Argumentà les seves obres en una filosofia urbanística que anomenà “arcologia” (d’“arquitectura” i “ecologia”), pressupòsits que també eren darrere el seu projecte utòpic de la ciutat de Mesa, per a dos milions d’habitants. Les seves obres finalment realitzades són, però, escasses: a més de les esmentades, cal destacar la Dome House (Cave Creek, Arizona 1951, en col•laboració amb Mark Mills), subterrània, en la qual la claror entra a través de dos grans hemisferis giratoris, i els amfiteatres de Santa Fe (1966) i de la Universitat de Glendale, Arizona (1996).
Publicà llibres teòrics ( Arcology: The City in the Image of Man , 1969; The Omega Seed , 1981, etc.) i el 1961 creà la Cosanti Foundation, que dirigí pràcticament fins a la mort, que combinava les funcions d’escola, laboratori experimental d’arquitectura i comunitat més o menys organitzada. Rebé diversos premis d’arquitectura, entre els quals destaquen les medalles d’or de l’American Institute of Architects (1963) i de la Biennal d’Arquitectura de Bulgària (1981), el Lleó d’Or a la Biennal d’Arquitectura de Venècia (2000) i el premi Copper Hewitt de disseny (2006) a la seva trajectòria.