Il a construit à Vicence (« Basilique », à partir de 1545 ; divers palais ; théâtre « Olympique »), à Venise (églises S. Giorgio Maggiore [1566-1580], du Redentore, etc.) et dans les environs de ces deux villes (villas la Rotonda, la Malcontenta, Barbaro [avec fresques de Véronèse], etc.). Il manie les formes classiques, qu'il teinte de maniérisme, avec une admirable variété. Auteur d'un traité, les Quatre Livres d'architecture (1570), il a exercé une très forte influence sur l'architecture européenne, et notamm. anglaise.