A 16 anys es traslladà a Vicenza. Allí treballà a la vil·la Cricoli, de l’humanista G.Trissino, el qual el portà a Roma (1541), on estudià a fons els monuments clàssics i l’arquitectura contemporània. Havent tornat a Vicenza (1546) hi féu nombrosos palaus (della Ragione, Thiene, Chiericati, Valmarana, etc) i vil·les, entre les quals la Capra, coneguda com La Rotonda (1550-52), on mostra el seu concepte de la vil·la clàssica de planta central: entorn d’una sala rodona, coberta amb cúpula, s’agrupen les altres estances, en forma totalment simètrica; les quatre façanes, iguals i que recorden les dels temples antics, tenen una gran escalinata i peristil jònic. A Venècia construí les esglésies de San Giorgio Maggiore (1565-80) i Il Redentore (1576-92), i publicà el seu tractat I Quattro Libri dell’Architettura (1570), de gran repercussió posterior. La seva lliure interpretació dels models clàssics el portà a crear estructures molt personals, més i més àmplies i complexes, d’un gran efecte monumental i de formes severes, elegants i equilibrades. El seu estil féu escola ( pal·ladianisme ) i influí en el neoclassicisme dels s. XVIII i XIX.