Inicia en 1860 una vocación pictórica que no abandonará. Su padre, médico de cabecera, lo encamina a una profesión segura, la de ferroviario, pero estudiará medicina a pesar de las dificultades económicas de su familia. En 1873 se licencia e ingresa en el Cuerpo de Sanidad Militar, en Lleida. Es destinado a Cuba, donde cae enfermo de paludismo y disentería; arrastrará problemas de salud durante muchos años. Se abre paso en el campo de la investigación médica en la universidad española.
Su segunda estancia en Cataluña se inicia en 1887 como catedrático de Histología Normal y Patológica en la Universidad de Barcelona. En 1888 descubre la unidad celular del sistema nervioso a partir del método de tinción de Golgi. Esta línea de investigación le granjeó un amplio reconocimiento internacional. En 1893 fue investido doctor Honoris Causa en la Universidad de Cambridge y en 1906 obtuvo el Premio Nobel de Medicina.