Né à Rome, Rainaldi était un des architectes les plus importants de la Rome du XVII^e siècle, connu pour une certaine grandeur dans ses plans. Il travailla d'abord avec son père, Girolamo Rainaldi, qui amena le style maniériste à Rome. Après la mort de son père, il embrassa complètement le style baroque monumental. Il gagna de l'ascendance à Rome quand la papauté de Urbain VIII laissa place à celle du plus austère Innocent X. Parmi ses oeuvres figurent la façade de Sant'Andrea della Valle (1661-1665), les églises jumelles de Santa Maria dei Miracoli et Sant'Andrea della Valle, et Santa Maria in Campitelli (1663-1667), considérée comme sa meilleure oeuvre. Il fut incapable de terminer la façade de Sant'Agnese in Agone en travaux en 1653-1657.

Rainaldi est mort à Rome.