Gaspare Fossati, ilk ve orta eğitimini babasının müteahhitlik yaptığı Venedik’te, mimarlık eğitimini ise 1822-1827 arasında Milano Brera Akademisi’nde tamamladı. Mezuniyet sonrası 1833’e kadar Roma ve Rönesans yapılarını inceledi. Capua, Pesto, Ercolano ve Pompei kazılarında bulundu. 1833’te Rusya’ya giderek oradaki İtalyan sanatçılar kolonisine katıldı ve kısa sürede tanınarak proje ve uygulamalar yaptı. 1836 sonunda Petersburg’da “saray mimarı” unvanı alarak yüksek maaşla İstanbul Rus elçiliği binasının projelendirilmesi ve yapımı ile görevlendirildi. İstanbul’da bulunduğu yıllarda kardeşi mimar Giuseppe Fossati’de dahil olmak üzere geniş bir İtalyan ve yerli sanatçı ekibiyle çalıştı.

Fossati, İstanbul mimarlığında, İtalyan kökenlilerin çoğunlukta olduğu yabancı ve Levanten mimarların etkin olduğu dönemi başlatmıştır. Fossati’nin İstanbul’da ilk uygulaması olan ve 1838’de başlayan Rus elçilik binası inşaatı, hızla gelişen Pera’da konumu ve ölçüleri ile kentin büyük bölümünden görülebilen modern bir yapı olarak Osmanlı ileri gelenleri, Levantenler ve yabancı ülke temsilcileri arasında geniş ilgi uyandırdı. İstanbul’un imarı ve yangınlara karşı önlem olarak kagir yapı üretimine ve bunu gerçekleştirmek için yabancı mimar kullanımına önem veren Tanzimat erkanı, başta Mustafa Reşit Paşa olmak üzere, özel ve kurumsal ihtiyaçlarını karşılayacak yeni ve büyük yapı talepleri için Fossati’den yararlandılar. Fossati kardeşler İstanbul’un bu hızlı yenilenme dönemine, yaptıkları elliyi aşkın proje ile katıldılar. Tanzimat sonrası Osmanlı yöneticilerinin, Fossati’ye 1841-1843’te tecrübe için tuğladan inşa ettirdiği ilk iki yapı, Bekirağa Bölüğü olarak tanınan Bab-ı Seraskeri Hastanesi ve Eminönü’nde Limon İskelesi Karakolu’dur. Bu yapılardaki başarısı sonucu resmi görevlendirme ile, 1844’de Babıali’de Arzodası düzenlemesi, 1845’de başlanan ilk Darülfünun binası, 1846-1848’de Hazine-i Evrak binası ve Sultanahmet’te Mekteb-i Sanayi gibi önemli yapılar gerçekleştirdi. 1855’de inşa edilen Telgrafhane-i Amire binası ise Giussepe Fossati imzalıdır. 1847’de Abdülmecid (hd 1839-1861) tarafından Ayasofya’nın restorasyonu ile görevlendirildi ve son kapsamlı restorasyonunu yaptı. Yaşamı boyunca en önemli uygulaması olarak sözünü ettiği bu restorasyon sırasında hazırladığı resimlerden 25’ini Abdülmecid’in desteği ile Aya Sophia of Constatinople as Recently Restorded by order of H. M. the Sultan Abdul Medjid (1852), başlığı ile büyük ölçülerde bir albüm halinde Londra’da yayımladı. Ayasofya restorasyonu sırasında hünkar girişi cephe düzenlemesi, hünkar mahfili, Kasr-ı Hümayun ve Ayasofya Muvakkithanesi gibi ekler yaptı. 1858’de Reşit Paşa’nın ölümü üzerine Bayezıt Külliyesi’nin haziresi köşesindeki türbeyi yaptı. Arşivde bulunan Aynalıkavak Kasrı çizimleri ise muhtemelen yaptıkları restorasyonla ilgilidir.

İstanbul’daki yabancılardan aldıkları ilk iş 1841-1843 arasında gerçekleşin Galata’daki San Pietro Kilisesi’dir. 1853’te Venedik Sarayı’nın (günümüzde İtalyan Elçilik Konutu) restorasyonunu ve 1854’te Beyoğlu’ndaki Hollanda Elçiliği binasını yaptı. Aynı yıl İstanbul İspanya Elçiliği ve 1856’da İran Elçiliği için projeler hazırladı. İtalyan tiyatro mimarisini iyi bilen mimar İstanbul’da üç de tiyatro projesi hazırladı. Bunlardan 1846’da Galatasaray’da gerçekleştirdiği Naum Tiyatrosu, 1870 yangınına dek işlevini sürdürdü. Arşivde bulanan “Caffe Oriente” ve “Denizcilik Acentesi” tasarımlarının gerçekleştiği henüz saptanamamıştır. Sultanahmet düzenleme planı, “Tanzimat Anıtı”, Sarayburnu’nda anıtsal iskele projesi ve 1855’te İstanbul’da bulanan küçük kardeşleri demiryolu mühendisi Virgilio Fossati ile hazırladıkları Pera-Büyükdere raylı ulaşım projeleri gerçekleşmeyen tasarımlarıdır.

Fossati kardeşler, Tanzimat sonrası bireylerde sermaye birikiminin ve özel yapı üretiminin yönetim tarafından desteklenmesi kararı sonucu oluşan taleplerle, birçok konut projesi hazırladılar. Mustafa Reşit Paşa, Fuad Paşa, Ali Paya, Ömer Paşa, Hasib Paşa, Kamil Bey, Şevket Bey gibi Osmanlı yöneticilerinden başka Ottoni, Pedemonte, Spadaro, Stefano Vagorides, Petrocochino, Della Suda gibi İstanbul’un tanınmış Levantenleri Fossati’ye yapılar yaptırdılar. Çoğunluğu Pera’da ve Boğaziçi’nde yer alan bu yapılardan günümüze ulaştığı saptanabilenler, ilk örnek olarak 1847 proje tarihli Reşit Paşa Sahilsarayı (bugün Baltalimanı Kemik Hastalıkları Hastanesi) ve 1855 tarihli Hünkar Dairesi’dir (bugün İstanbul Üniversitesi Sosyal Tesisi). Boğaziçi’nde kagir sahilsaraylar dönemini başlatan Reşit Paşa Sahilsarayı, Tanzimat’la birlikte Osmanlı mimarlığında yaşanan değişimi belgeleyen bir anıttır.

Fossati kardeşler, Osmanlı hazinesinde baş gösteren sorunlara bağlı olarak büyük yapı taleplerinin azalması ve güçlü destekçileri Reşit Paşa’nın ölümü üzerine 1858’de ülkelerine döndüler. Morcote’de, Lugano Gölü kıyısında inşa ettikleri evlerini Türk tarzında düzenlediler. Gaspare Fossati 1862’de Milano’ya yerleşti ve Duomo Meydanı düzenlemesi, Galleria Vittorio Emanuelle II, Palazzo Marino gibi uygulamalarda jüri üyeliği yaptı. Fossati kardeşlerin, önemli bir bölümü İstanbul’la ilgili olan 1.000’i aşkın desen, çizim ve dökümanı İsviçre’de, Bellinzona Cantonale Arşivi’nde, bir türbeyi andıran mezarları ise Morcote’dedir.