Giuliano era o filho mais velho do carpinteiro Francesco di Bartolo Giamberti, respeitado construtor que deu inicio à uma família de arquitetos. Giuliano era o irmão de Antonio de Sangallo, o Velho e tio de Antônio de Sangallo, o Jovem. Ambos foram criados dentro de um círculo de pedreiros e arquitetos e são representantes do maneirismo renacentista.

 

A partir de 1465 Giuliano peregrinou por Roma, estudando edifícios e monumentos antigos, uma prática ele realizou várias vezes ao longo de sua vida. Nessas andanças pelas ruínas antigas, ele reproduzia muitos desenhos, conforme faziam outros renascentistas de seu tempo.

 

O extenso 'corpus' de desenhos que ele deixou ilustra a profundidade de seus estudos, que além de projetos de arquitetura incluem ainda invenções de máquinas e instrumentos mecânicos, tais como os aparelhos de transporte de pedras usadas na construção de pirâmides e obeliscos. Tais interesses técnicos e mecânicos de Giuliano são documentados em especial, na  biblioteca do Vaticano.

 

Até 1473 Giuliano foi empregado da corte papal como "mestre pedreiro". Quando ele voltou para Florença dedicou-se à escultura em madeira, em especial os crucifixos e mobiliário para os frades de uma congregação local, enquanto ao mesmo tempo estava trabalhando em projetos de engenharia militar que lhe permitiu entrar em contacto com a família dos Medici.

 

Assim, ele se tornou o arquiteto favorito de Lorenzo de Médici, "il Magnifico", que em 1480 encomendou-lhe a Villa de Poggio, em Caiano, que se tornou o protótipo da villa renascentista italiana.

 

Giuliano é considerado o herdeiro e intérprete mais importante dos ensinamentos de Filippo Brunelleschi. Esse estreito interesse por Brunelleschi deu um contributo importante para o desenvolvimento da arquitetura, como foi no caso do projeto da igreja de Santa Maria delle Carceri em Prato, também encomendado por Lorenzo, que foi a primeira igreja renascentista construído em uma planta em forma de cruz grega e é a maior obra-prima do artista.

 

As reflexões de Sangallo sobre a planta em cruz grega são novamente aplicadas  na sacristia da igreja de Santo Espirito, mais uma vez encomendado por Lorenzo, o Magnifico (1489-1492).

 

Por volta de 1488, Giuliano construíra a igreja e mosteiro de São Gallo, dedicado aos frades agostinianos. Foi graças à edifício que ganhou o apelativo Giuliano 'da San Gallo' (igreja de são Gallo). No entanto, este nome, pode ter vindo mais de 10 anos antes, quando em 1477 o seu pai, Francesco Giamberti tinha comprado terras perto do portão de San Gallo.

 

Nesse meio tempo Giuliano continuou a oferecer consultoria de obras de engenharia militar, como na fortaleza de Poggio Imperiale em Poggibonsi. Suas obras militares foram importantes para dar um contributo decisivo para o desenvolvimento de fortificações modernas, rompendo com a tradicional forma de construção das fortalezas medievais.

 

Por ordem de Lorenzo, o Magnifico, ele forneceu planos para o palácio do rei de Nápoles. Em 1490 ele começou a construção do palácio de Francesco Gondi, que foi concluída em 1501. 

 

Após a morte de Lorenzo em 1492, Giuliano começou a trabalhar intensamente nos arredores de Florença, em particular em Sarzana, Siena, e Milão, onde se encontrou com Leonardo da Vinci. Ele foi para a França em 1494 e novamente em 1496, quando ele apresentou o plano para um palácio para o rei, Charles VIII.

 

Nos primeiros anos do século XVI, ele era muito ativo na corte papal, embora sem abrir mão de seus contatos com Florença. Assim, juntamente com Donato Bramante, Francesco Giocondo, Rafael e Michelangelo ele participou das principais operações de arquitetura e planejamento promovido pelo Papa Julius II e depois por Leão X. Até 1515 ele foi um dos arquitetos encarregados dos trabalhos da Basílica de São Pedro e foi sucedido por Rafael e logo depois, por seu sobrinho, Antônio de Sangalo, o jovem.

 

Após os trabalhos na Basílica de São Pedro, Sangalo então retornou par a cidade de Florença, onde morreu no ano seguinte, em 1516. Ele tinha um filho, chamado Francesco, que se tornou um escultor maneirista.