En 1817 ingresó en la Universidad de Pisa, tras graduarse en teología, perfeccionó sus estudios durante tres años con Mezzofanti en Bolonia.

En agosto de 1825 conoció al francés Jean-François Champollion en Florencia, y en ese mismo año, Rosellini publicó Il sisteme geroglifico del signor Champollion dichiarato ed esposto all intelligenzia di tutti.

Rosellini y Champollion prepararon una expedición conjunta a Egipto (la célebre misión franco-toscana), financiada principalmente por el gran duque de Toscana Leopoldo II y el rey de Francia Carlos X.

Coordinó la ejecución de relieves epigráficos y dibujos de los monumentos más importantes, recogidos en catorce libros y adquirió importantes restos arqueológicos que actualmente constituyen el núcleo de la colección egiptológica del Museo Arqueológico de Florencia.

Rosellini publicó, a su vuelta de Egipto, entre 1832 y 1844 su principal obra Monumenti dell'Egitto e della Nubia.