Schiaparelli 1854-ben Berlinbe ment, hogy Johann F. Enckétől tanuljon 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. Öt évvel később kimutatta, hogy a meteoritrajok pályája bizonyos üstökösökéhez hasonlít. Ebből arra következtetett, hogy a meteoritrajok üstökösök maradványai. Kiszámította, hogy a Perseida nevű raj az 1862 III jelű üstökös maradványa, a Leonida meteorokat pedig az 1866 I jelű üstökössel hozta összefüggésbe. Mindezek mellett kettőscsillagokat is megfigyelt, és kitartóan vizsgálta a Merkúrt, a Vénuszt és a Marsot.
Schiaparelli canalinak nevezte el azokat a különös
alakzatokat, amelyeket 1877-ben fedezett fel a Marson. Ezt az eredetileg
"természetes csatorna, mederút" jelentésű szót
pontatlanul fordították le más nyelvekre, s így
olyan spekulációk születtek, hogy talán értelmes
lények építették a (nyilván mesterséges)
csatornákat. A Merkúrról és a Vénuszról
tett megfigyelései alapján arra a következtetésre
jutott, hogy e bolygók tengelyforgási ideje megegyezik a
Nap körüli keringési idejükkel, vagyis mindig ugyanazt
az oldalukat fordítják a Nap felé. Ez a nézet
egészen az 1960-as évekig uralkodott, ekkor azonban a fejlett
radartechnológiákkal és űrszondákkal
végzett mérések más eredményre vezettek.
Nyugalomba vonulása után Schiaparelli az ősi héber
és babilóni csillagászatot tanulmányozta, és
erről írta L'astronomia nell'antico testamento (Az
ótestamentum csillagászata; 1903) c. művét.