Er arbeitete von 1895 bis 1908 maßgeblich an dem von Peano herausgegebenen fünfbändigen Werk Formulaire de mathématiques mit, welches sehr bedeutend für die Weiterentwicklung der formalen Logik war. Die Ideen Peanos zur mathematischen Logik wurden von ihm in allgemeinverständlicher Form in dem Buch Logica mathematica beschrieben, welches 1894 erschien. Er arbeitete während eines Großteils seiner wissenschaftlichen Karriere an der Mathematischen Fakultät der Universität Turin. Er wurde vor allem bekannt durch die 1897 erfolgte Entdeckung des Burali-Forti-Paradoxons, das bei der Bildung der Menge aller Ordinalzahlen entsteht.
Er veröffentlichte mit Tommaso Boggio eine Monographie über theoretische Mechanik und 1924 einen (missglückten) Versuch einer invarianten Formulierung der Theorie gekrümmter Räume, der auch die Allgemeine Relativitätstheorie angriff.
Introduction à la géométrie différentielle. Suivant la méthode de H. Grassmann. Gauthier-Villars, Paris 1897, (Digitalisat).
Una questione sui numeri transfiniti. In: Rendiconti del Circolo matematico di Palermo. Band 11, 1897, S. 154–164, (Digitalisat; wiederveröffentlicht: A question on transfinite numbers. In: Jean van Heijenoort: From Frege to Gödel. A Source Book in Mathematical Logic, 1879–1931. Harvard University Press, Cambridge MA u. a. 1967, S. 104–111).
Sulle classi ben ordinate. In: Rendiconti del Circolo matematico di Palermo. Band 11, 1897, S. 260, (Digitalisat; wiederveröffentlicht: On well-ordered classes. In: Jean van Heijenoort: From Frege to Gödel. A Source Book in Mathematical Logic, 1879–1931. Harvard University Press, Cambridge MA u. a. 1967, S. 111–112).
