Olaszország északi részén, Reggio Emiliában született. Egyszerű családból származott, apja asztalos volt. A helyi jezsuita gimnáziumban tanult, és 1833 novemberében be is lépett a Jézus Társaságba. Tanulmányait a híres római Jezsuita Kollégiumban (Collegio Romano) folytatta. A jezsuiták már a legkorábbi időktől bekapcsolódtak a 16-17. században a legfontosabbnak tartott tudomány, a csillagászat kutatásába. Ennek a tudományos életnek egyik központja volt a kollégium, ahol olyan tanárok tanítottak mint pl. Christophorus Clavius, aki a nyugaton ma használatos Gergely-naptárt készítette el és Galileo Galilei tanainak egyik leglelkesebb támogatója volt. Nem csoda, hogy Secchi is élénken érdeklődött a különböző tudományok iránt, főként a csillagászat, matematika és fizika érdekelte.
1839-től matematikát és fizikát tanított Rómában, majd 1841-től Loretóban a fizika professzora lett, és az ottani jezsuita kollégiumban tanította a tárgyat. 1844-ben felsőfokú teológiai tanulmányokat kezdett Rómában, majd 1847. szeptember 12-én pappá szentelték. Az 1848-as forradalom idején tanáraival száműzetésbe vonult, először az angliai Stonyhurstcsillagvizsgálójában, majd az Amerikai Egyesült Államokban, a washingtoniGeorgetown College-ban dolgozott, és ott szerezte meg doktorátusát teológiából is. Washingtonban találkozott Matthew Fontaine Mauryval, az Egyesült Államok Haditengerészeti Obszervatóriumának vezetőjével, akivel évekig tanult és működött együtt.
1850-ben hazatért, az omladozó csillagvizsgálót újraszervezte, átvette a Collegio Romano irányítását, és a kollégium templomába telepítette az obszervatóriumot. A kollégiumot 28 évig, haláláig irányította. Secchi a Társaság tagjaként sokoldalú tudományos munkát végzett, és világszerte nagy tekintélyt szerzett. A hagyományos csillagászattól és geodéziától az akkor új tudományágnak számító csillagászati fizikáig minden területtel eredményesen foglalkozott; nem hiába nevezik őt „az asztrofizika atyjának”.
Az 1870-es évek elején, amikor az Olasz Királyság elfoglalta a pápai állam maradékát is, a Kollégiumot az új állam tulajdonává nyilvánították. Amikor a kormány emberei át akarták venni az obszervatóriumot és erővel, illetve különböző pozíciókat felajánlva el akarták távolítani, Secchi határozottan ellenállt. Számos tudományos állást és címet ajánlottak neki, de ő nem volt hajlandó a pápa ellenében a királyságra esküt tenni. A kormányzat nem mert tenni ellene semmit, így maradhatott a csillagvizsgáló igazgatója.
A világ egységes mértékrendszerének egyik korai szorgalmazója volt.
Emlékezete
Az ő munkássága alapján létesítette XIII. Leó pápa1891-ben a modern Vatikáni Obszervatóriumot, amelyet később Castel Gandolfóba helyezett, és ami a II. János Pál pápa támogatásával létrehozott, Claviusról elnevezett arizonai (USA) fiók-állomással együtt a legkorszerűbb intézetek közé tartozik.
