Gaudí se narodil jako páté dítě Francescovi Gaudímu (povoláním kovář) a jeho manželce Antonii Cornetové. V dětství byl často nemocný. Po plicní infekci se u něho vyvinula revmatoidní artritida, následkem které občas ani nemohl chodit.

Školní docházku zahájil v obecné škole Rafaela Palaua. Brzy pak přešel do malé podkrovní školy založené Franciscem Berenguerem a od roku 1863 pak až do roku 1868 studoval v církevní škole Colegio de los Padres Escolapios. Ve škole byl průměrným žákem, jediný předmět, ve kterém vynikal, byla geometrie. Již od mládí byl zaujat přírodou, což se projevuje v jeho tvorbě v podobě balkónů připomínajících chaluhy (Casa Mila), sloupů připomínajících stromy (Güellův park) ap.

Roku 1869 odjel s bratrem do Barcelony, kde začal studovat na přírodovědecké univerzitě. Dne 24. října 1874 Gaudí úspěšně složil všechny předepsané zkoušky, a mohl tak začít se studiem architektury na Escola Provincial d'Arquitektura. 15. března 1878 pak získal diplom architekta.

V roce 1878 navrhl svůj první dům (Casa Vicens pro majitele cihelny Manuela Vicens y Montaner). Nesnaží se napodobit žádný jiný styl, je naprosto originální, kombinuje hrubý kámen s cihlami a keramickými dlaždicemi, inspiruje se maurským stylem a zároveň vytváří vlastní ornamenty. Klíčovým se stalo jeho setkání s člověkem jménem Eusebi Güell. Ten se stal jeho hlavním mecenášem a díky němu vznikla mnohá jeho skvostná díla. V roce 1883 zahájil svůj vrcholný projekt, dosud nedostavěnou katedrálu Sagrada Família. V průběhu její stavby se zabýval i jinými díly, například Palácem rodiny Güellů, kde poprvé navrhoval i interiér, nebo Güellovým parkem, dodnes jedním z klenotů Barcelony. Od roku 1914 až do své smrti v roce 1926 se plně věnoval stavbě katedrály Sagrada Familia. Jeho posledním přáním bylo, aby byla postavena čistě z darovaných peněz. Proto se staví dodnes — předpokládaný rok dostavby má být rok 2026.

Žil samotářsky, značně asketicky a v naprosté oddanosti své umělecké práci, nikdy se neoženil. Dne 7. června 1926 utrpěl těžká zranění při srážce s tramvají, když se prý zahleděl na Sagradu Familiu - zemřel o tři dny později. Kvůli svému chudému oděvu byl považován za žebráka, identifikoval ho až kaplan chrámu Svaté rodiny Mosén Gil Parés.

Byl vegetarián, ne ale z etických, jako spíše ze zdravotních důvodů, trpěl totiž silným revmatismem.

V současné době v katolické církvi probíhá proces Gaudího beatifikace