1854-ben Berlinben Johann F. Enckétől tanult csillagászatot. Két évvel később Oroszországba, a Pulkovói Csillagvizsgálóba került. 1860-ban a milánói Brera Csillagvizsgáló munkatársa lett, és itt dolgozott - 1862-től igazgatóként - 1900-ig, nyugalomba vonulásáig. A Hesperia nevű kisbolygót 1861-ben fedezte fel. Kettőscsillagokat is megfigyelt, és alaposan vizsgálta a Merkúrt, a Vénuszt és a Marsot. Ő volt az első, aki pontos méréseken alapuló Mars-térképet szerkesztett. Ő észlelte először a Mars felszínén látható, olykor egymást metsző fínom vonalakat, amelyeket csatornáknak ("canali") nevezett el. Ennek alapján többen, így Flammarion is, azt feltételezték, hogy a csatornák mesterségesek és értelmes lények készítették őket. A Mars-csatornák körül évtizedekig folytak viták. - Nyugalomba vonulása után az ősi héber és babilóni csillagászatot tanulmányozta. Egy Hold- és egy Mars-krátert neveztek el róla.