Hijo del también arquitecto Girolamo Rainaldi, es representante del Barroco romano clásico. Comenzó su carrera como ayudante y colaborador de su padre en las obras llevadas a cabo por Inocencio X en la Piazza Navona: el Palacio Doria Pamphili y la iglesia de Sant’ Agnese, iniciada en 1652 y dirigida por los Rainaldi hasta que fueron sustituidos Borromini. Desarrolló un estilo típicamente romano, por sus cualidades escenográficas y por la personal mezcla de rasgos manieristas y del norte de Italia con el estilo del Alto Barroco de sus grandes contemporáneos, en especial de Bernini.

Obras principales:
Fachada de Sant’ Andrea della Valle (comenzada por Carlo Maderno en 1624), Roma (1661 – 1665): fachada de gran altura coronada por un frontón realizado en planos estratificados. Las columnas se disponen pareadas, enmarcando los nichos laterales, la puerta de entrada y la gran ventana superior.
Santa Maria in Montesanto y Santa Maria dei Miracoli (también intervinieron Gianlorenzo Bernini y Carlo Fontana), Piazza del Popolo, Roma (1661 – 1679): señalan los arranques de las calles principales que irradian desde la Piazza del Popolo hacia el centro de la ciudad. Vistas desde la plaza parecen idénticas, con sus cúpulas sobre tambor y fachadas con pórticos de templo. En planta están organizadas de modo distinto: Santa Maria in Montesanto según una planta oval longitudinal y Santa Maria dei Miracoli según una planta circular.
Santa Maria del Suffragio, Roma (1662 – 1669)
Santa Maria in Campitelli, Roma (1662 - 1675): construida en honor de una imagen milagrosa de la Virgen Santísima a la que se atribuye el final de una peste, está considerada la obra más importante de Rainaldi. Se desarrolla como un conjunto de espacios compartimentados y separados por el uso de columnas exentas en puntos decisivos: el presbiterio, un estrecho transepto y una nave en cruz griega. La fachada –con un marcado énfasis vertical- presenta una alternancia de saledizos y retranqueos y dos órdenes de columnas superpuestas que se separan del muro, aumentando así el claroscuro.
Ábside exterior de Santa Maria Maggiore, Roma (1669 - 1675): el volumen del ábside aparece como centro de la composición, articulado mediante las líneas verticales de las pilastras. Monumento de Clemente IX en Santa Maria Maggiore, Roma (1671)
Fachada de la iglesia de Gesù e Maria, Roma (1671 – 1674)
Altar mayor de San Lorenzo in Lucina, Roma (1676)