Родился в Тауризано, близ Лечче. Изучал философию и богословие в Риме, и после своего возвращения в Лечче занялся физическими исследованиями, которые стали модными в эпоху Возрождения. Подобно Джордано Бруно, несмотря на то, что считается интеллектуально уступающим ему, он был среди тех, кто атаковал старую схоластику и помог заложить основание современной философии. Ванини похож на Бруно не только своей скитальческой жизнью и своей смертью, но также и своими антихристианскими идеями.
Из Неаполя он отправился в Падую, где попал под влияние александриста Помпонацци, которого он именовал своим божественным мастером. В Падуе он изучал право и был рукоположен в сан священника. Впоследствии он вёл бродячую жизнь во Франции, Швейцарии и Нидерландах, поддерживая себя дачей уроков и распространением антирелигиозных взглядов. В 1614 году был вынужден бежать из Лиона в Англию, но в Лондоне по неизвестной причине был заключён в тюрьму на 49 дней.
Вернувшись в Италию, он пытался преподавать в Генуе, но был снова увезён во Францию, где попытался снять с себя подозрения публикацией книги против атеистов «Амфитеатр вечного провидения» (1615 год). Хотя определения бога в ней были несколько пантеистические, книга является достаточно ортодоксальной. Однако, аргументы по большей части иронические и не могут быть приняты в качестве изложения его реальных взглядов.
Ванини так и говорит об этом в своей второй (и последней опубликованной) работе «Об удивительных тайнах природы, царицы и богини смертных» (Париж, 1616 год), которая, первоначально одобренная двумя докторами Сорбонны, была позднее пересмотрена и осуждена. Затем Ванини покинул Париж, где он пребывал в качестве капеллана при маршале де Бассомпьере, и начал преподавать в Тулузе. В ноябре 1618 года он был арестован и после продолжительного суда был приговорён, как атеист, к отрезанию языка и повешению, его тело позднее было сожжено дотла. Приговор был исполнен 9 февраля 1619 года.