Антонио Ринальди родился на юге Италии, скорее всего в Неаполе, в дворянской семье. Учиться архитектуре начал в мастерской Луиджи Ванвителли — одного из ведущих мастеров позднего итальянского барокко и непосредственного предшественника классицизма. Юный Антонио вместе с другими учениками, которых мастер считал членами своей семьи, в группе учеников были и сыновья зодчего, непосредственно участвовал в создании многих архитектурных шедевров Ванвителли — в этом и заключался метод обучения. Одно из крупнейших дворцовых сооружений — дворец неаполитанских королей Казерта близь Неаполя, созданный архитектором Ванвителли, строился с участием Ринальди. Известно также, что Ринальди руководил строительством собора для женского монастыря святой Магдалены в городе Пезаро и участвовал в создании монастыря святого Августина в Риме. В 1751 году уже сформировавшийся архитектор Антонио Ринальди был приглашен в Россию. Его рекомендовали на службу к гетману Малороссии К.Г. Разумовскому — брату всесильного фаворита императрицы Елизаветы Петровны. Контракт определял срок службы в России в течение семи лет с обучением русских учеников архитектуре.
Работы архитектора в России начались с постройки дворца в резиденции гетмана — городе Батурине. У Ринальди был готов проект реконструкции всей резиденции, но он не был осуществлен. В это же время архитектор спроектировал и построил дворец гетмана в городе Глухове и храм Воскресения Христова в городе Почеп. Однако лучшие произведения зодчего, определившие его значение в русской и мировой архитектуре, были созданы в Петербурге. В 1754 году Ринальди становится архитектором малого двора — так в то время называлось окружение наследника российского престола будущего императора Петра III. Императрица Елизавета Петровна подарила наследнику бывшую усадьбу князя А. Д. Меншикова. Ринальди начинает большие работы в Ораниенбауме, которые будут продолжаться более двух десятилетий. Однако сам архитектор называл себя архитектором великой княгини. Уже тогда Екатерина покровительствовала Ринальди. В Ораниенбауме архитектор возводит дворец Петра III и создает замечательный архитектурно-парковый ансамбль собственной дачи с его главными постройками — Китайским дворцом и Катальной горкой. В Гатчине Ринальди строит Гатчинский дворец-замок и ряд парковых сооружений. После Ринальди работы в Гатчине продолжил Винченцо Бренна.
После восшествия на престол Екатерина II сделала Ринальди ведущим архитектором Петербурга, но работы в загородных резиденциях не прекратились. В Царском Селе зодчим возведены известные мемориальные памятники: Орловские ворота, Чесменская колонна, Кагульский обелиск. Самое известное здание, построенное Ринальди в Петербурге, пожалуй, Мраморный дворец. Дворец предназначался для фаворита Екатерины II графа Григория Орлова, но фаворит умер раньше завершения строительства. Дворец отошел в казну, а позднее Екатерина подарила его своему внуку Константину Павловичу. Архитектор столкнулся с непростой задачей. Ему предстояло не только вписать строящийся дворец в уже сложившийся ансамбль Дворцовой набережной, но и завершить ее облик. Новый дворец должен был встать в один ряд с Зимним дворцом Растрелли, Малым Эрмитажем Валлен-Деламота, Старым Эрмитажем Фельтена и Эрмитажным театром Кваренги; на противоположном берегу Невы находилась Петропавловская крепость. И архитектор блестяще справился с этой задачей. Мраморный дворец уравновесил громаду Зимнего и вместе с тем не стал соперничать с ним ни по протяженности фасада, ни по пышности декора, при этом Мраморный дворец отличается строгостью и величавостью.
В 1772 году по проекту Ринальди завершается возведение монументального каменного здания пеньковых складов на Тучковом буяне. Архитектор мастерски решил проблему строительства утилитарного здания. Распластанный силуэт складов как бы слит с простором реки и прекрасно обозревается с разных точек набережной. Тучков буян — одно из немногих зданий старого Петербурга, дошедшее до нас практически без изменений. Через два года после утверждения проекта складов получает одобрение проект Ринальди достройки Князь-Владимирского собора на Петроградской стороне. Собор с его крупными и в то же время легкими куполами — один из первых образцов пятиглавого собора в Петербурге. В его архитектуре прослеживается бережное отношение Ринальди к традициям древнерусского зодчества.
В 1762 году архитектор С. И. Чевакинский предложил создать новую городскую площадь — Исаакиевскую, в центре которой должен находиться собор. Идею поддержала императрица. Работа Ринальди по проектированию зданий на Исаакиевской площади имела особое значение в градостроительной истории Петербурга. У архитектора был обширный замысел, связанный с формированием композиции этой площади — одной из крупнейших площадей, определяющих облик центра города. Выбором места для собора, который строился с 1768 года, Ринальди предопределил местоположение ныне существующего собора О. Монферрана. Сам собор, стены которого «вошли» в тело нового здания, несомненно, повлиял на разработку монферрановского проекта. Проекту Исаакиевского собора Ринальди отдал много сил и творческой энергии, однако грандиозному замыслу не суждено было сбыться. Строительство затянулось на многие годы, и это предопределило судьбу собора. В 1802 году со значительными изменениями его достраивал В. Бренна. А в 1818 году началось строительство собора по проекту О. Монферрана. Возможно, авторству Ринальди принадлежит и дом Мятлевых, входящий в ансамбль Исаакиевской площади. В течение XIX столетия дом неоднократно перестраивался, но его фасад, обращенный на площадь, сохранил свой первоначальный облик.
Влияние Ринальди, несомненно, прослеживается и в еще одном здании исторического центра Петербурга. Это известный дом Волконских на набережной Мойки, 12, где сейчас находится Музей-квартира А. С. Пушкина. После отъезда из России Валлен-Деламота Ринальди достраивал костел святой Екатерины на Невском проспекте, внеся в его проект существенные изменения. Творческое влияние Ринальди ощущается и в ансамбле Театральной площади, где сейчас находится здание Консерватории. Ранее на этом месте был Большой театр, построенный Ринальди. По воспоминаниям современников, театр Ринальди был одним из самых больших в Европе и вмещал свыше трех тысяч человек. Принадлежит Ринальди и проект комплексного оформления дорог, которые вели из столицы в две главные императорские резиденции — Петергоф и Царское Село. Верстовые столбы — мраморные пирамиды двух типов в течение 17-ти лет возводили вдоль Царскосельской и Петергофской дорог. Более 30 лет жизни Ринальди в России были наполнены интенсивной и разнообразной творческой деятельностью. Даже в преклонном возрасте он был полон энергии и, наверное, построил еще не одно здание, если бы не трагический случай. Во время осмотра возводимого по его проекту Большого театра архитектор упал с лесов. Из-за полученной травмы Ринальди не смог дальше работать. Ему была назначена пожизненная пенсия, но архитектор не захотел больше оставаться в России. Продав свой дом в Петербурге, он уехал в Рим. Пенсия регулярно передавалась ему через российского консула. Последние десять лет жизни архитектор посвятил систематизации своих проектов и рисунков. Антонио Ринальди умер в Риме 10 февраля 1794 года.