Nasce nel 1891 a Carrara, dove compie gli studi all'Accademia di Belle Arti, perfezionandosi in architettura (1910). Nel 1914 si trasferisce a Roma e inizia a lavorare inserendosi nella vivace comunità di artisti legata ai cenacoli artistico-letterari del Museo Artistico Industriale e dell'Associazione Artistica Internazionale.

Vince diversi concorsi nazionali di architettura, inizia l'insegnamento nella Scuola Superiore di Architettura di Roma e partecipa alla Prima Biennale Romana (1921), ottenendo il primo premio per l'architettura.

Negli anni Venti e Trenta riceve numerosi riconoscimenti pubblici e istituzionali e lavora alla costruzione della sua poetica, che applica al paesaggio, alla città, all'architettura. Parallelamente all'impegno didattico è chiamato a ricoprire ruoli ufficiali nelle istituzioni pubbliche e in enti culturali e scientifici.

Nel 1930 fa parte del comitato organizzatore della I Esposizione Quadriennale Romana;

nel 1931 gli è affidata la consulenza tecnico-artistica per il rinnovo del Palazzo delle Esposizioni e per l'organizzazione della Mostra del decennale della rivoluzione fascista.

Dal 1927 inizia a lavorare al piano e ai progetti del Foro Mussolini, poi Italico, che lo impegnerà quarant'anni, mentre come direttore dell'Ufficio Tecnico dell'Opera Nazionale Balilla sarà anche il supervisore di molti impianti educativi e sportivi in Italia e il progettista di molte Case del balilla. Costruisce edifici pubblici, centri sportivi e case private in molte città italiane.

Nella seconda metà degli anni Trenta, nel clima mutato della cultura architettonica italiana, è sempre più coinvolto in impegni istituzionali legati alle questioni dell'arte, dell'architettura e dell'urbanistica. Partecipa ai lavori per la formulazione della legge urbanistica (Legge 1050/1942) e di quella per le opere d'arte negli edifici pubblici (Legge del 2%, 1942). Si dedica con intensità alle esigenze della categoria, richiamando gli architetti ai valori etici della professione e continuando a lavorare istituzionalmente e personalmente alla ricerca di una nuova identità per l'architettura italiana.

Dopo la guerra, mediando tra la continuità della tradizione italiana e le sperimentazioni più attuali della cultura nordeuropea, affronta nuovi progetti e realizzazioni per l'abitazione, i luoghi sacri e gli spazi civili. Al Foro Italico continua la costruzione del Ministero degli Affari Esteri (ex Casa Littoria, completato nel 1959) e, in vista dei Giochi Olimpici del 1960, progetta e realizza la Casa internazionale dello studente e lo Stadio del nuoto, all'interno di un nuovo piano da lui stesso progettato.

Fra ricerca, didattica e professione, continua la sua presenza attiva in campo urbanistico, architettonico e artistico. è insignito della medaglia d'oro di I Classe riservata ai Benemeriti della scuola, della cultura e dell'arte (1959); è Accademico della Pontificia Accademia dei Virtuosi al Pantheon (1961) e Professore Emerito della Facoltà di Architettura di Roma (1967).
Muore a Roma nel 1973.

dott. ing. Antonio Verrastro