Nacido en Roma, Rainaldi fue uno de los arquitectos más influyentes del siglo XVII.
Entre sus trabajos se encuentran la fachada de San Andrés della Valle (1661-1665), que realizó junto con Carlo Fontana, las iglesias gemelas de Santa Maria dei Miracoli y Santa Maria in Montesanto en la Piazza del Popolo y también Santa María in Campitelli (1663-1667) considerada su obra maestra, que se caracteriza por su planta longitudinal con un espacio modificado por dos ejes transversales, y por las imponentes columnas exentas, tanto en el interior como en la fachada.
Finalmente Carlo Rainaldi será llamado nuevamente para la finalización de la iglesia (en la que también había intervenido G.L.
En 1660 envió un diseño al concurso del nuevo palacio real del Louvre en París, promovido por Luis XIV en el que también participaron Pietro da Cortona y Bernini, entre otros.
Además de edificios, Rainaldi diseñó también escenografías para eventos y ritos religiosos.