Corelli 1653. február 17-én született Ravenna közelében, Fusignanóban egy vagyonos család sarjaként. Életének korai szakaszáról keveset tudunk, valószínűleg a helyi paptól kapta első zenei leckéit. 1666-ban Bolognába került, az Accademia Filarmonicán hegedülni és komponálni tanult. Az 1670-es évek elején Rómába ment, ahol a Tordinona Színház zenekarának tagja lett, 1675-től a római San Luigi dei Francesi-kápolna harmad-, majd másodhegedűse volt, 1677 és 1680 között Németországban élt. Visszatérése után már a legkiválóbb római zenészek között emlegették nevét, és pártfogásába vette Krisztina svéd királynő, aki lemondása után az örök városba költözött. Corelli neki ajánlotta első műveit, például 12 triószonátáját.

A királynő halála után Panfili kardinális szolgálatába lépett, aki bőkezű fizetést biztosított számára. Corellit karmesteri képességei a modern zenekari vezénylés úttörőjévé tették, a pápához küldött brit követ fogadásán 150 fős zenekart dirigált, 1690-ben ő vezényelte Giovanni Lulier Santa Beatrice d'Este című, 33 hegedűre, 10 brácsára és 17 csellóra írt oratóriumának bemutatóját. 1690-től a fiatal Pietro Ottoboni bíboros (a későbbi VIII. Sándor pápa) udvartartásában működött, és összebarátkozott a fiatal, Corelli zenéjét csodáló főpappal. A hegedűvirtuózként, hangversenymesterként és a zenei gyűjtemény gondnokaként is dolgozó Corelli nyugalomban és gazdagságban élt, jóllehet 1713. január 8-án bekövetkezett halála előtt már búskomorság gyötörte. A római Pantheonban temették el.

Corelli munkássága korszakos jelentőségű a hegedűirodalom történetében. Stílusa melodikus és nagyvonalú, nemes és komoly lírával telítve, technikája egyszerű és klasszikus veretű, hatása Händel és Bach zenéjén is érződik. 1682-ben ő teremtette meg a concerto grosso négy-hét tételes műfaját, amelyben később Vivaldi és Händel is ragyogó darabokat írt (az 1707-1708-ban Rómában időző Händellel személyes kapcsolatban is állt). A megnevezés eleinte csak a játék elveit jelentette, később vált műfajjá. Itt egy "concertino" hangszercsoport (többnyire két hegedű és egy cselló) lépett fel a ripieno, majd tutti nevű nagyobb csoporttal szemben, ez a koncertálás, vetélkedés. Ebből fejlődött ki a concerto solo, a versenymű, ahol az első csoport helyett egy hangszer szólt. Corellinél hol az első hegedű, hol a cselló hangsúlyos, olykor a három hangszer egyenlő súlyú. 

Szonátáit a társadalom műveltebb, gazdagabb rétegének, a nemesek, kereskedők, papok házi muzsikára vonatkozó igényeinek kielégítésére írta, általában három vonósra, amelyeket csembaló vagy szobaorgona kísért. Zenekari művei templomi és világi koncertekre oszthatók, az utóbbiak tételei között táncdarabok is találhatók. A concerto grossók és a triószonáták a nagyzenekari és kamaramuzsikálás alapjai, a nyugat-európai zene fő pillérei lettek.

Corelli hatása igen jelentős a hegedűjáték fejlődése szempontjából, fontosabb művei száz év alatt negyven kiadást is megértek. Hegedűpedagógiáját igen magas fokra fejlesztette, Amszterdamból, Párizsból, Londonból jöttek hozzá tanulni, tanítványa volt többek között Geminiani és Locatelli is. Igényes és önkritikus mester volt, ellentétben számos kortársával, akik sokszor csak sebtében írták le műveiket. Versenyműveiben tökéletes egyensúlyban vannak a tutti és concertino részek, szólamai finomak, elegánsak és kifejezőek, legvirtuózabb tételei is mértéktartóak.

Corelli legnépszerűbb műve g-moll Karácsonyi concertója, valamint a La Follia. Emléke előtt tiszteleg Couperin A parnasszus, avagy Corelli apoteózisa című műve, mely az olasz és francia stíluselemeket egyesíti, valamint Rahmanyinov Változatok egy Corelli-témára című zongoradarabja is.