Estudió medicina en la Universidad de Pavía, donde se graduó en 1865. Trabajó algún tiempo en la clínica psiquiátrica del criminólogo Cesare Lombroso, pero pronto se interesó por la histología. En 1872 comenzó a trabajar en el pabellón de incurables de un hospital de Abbiategrasso. Ejerció como profesor de anatomía en las Universidades de Turín y Siena y como catedrático de histología en la Universidad de Pavía, de la que llegó a ser decano de la Facultad de Medicina y rector.

A pesar de los escasos medios con que contaba, logró importantes resultados con sus experimentos, entre los que destaca el método de la tintura mediante cromato de plata, que supuso una revolución en el estudio en laboratorio de los tejidos nerviosos. Empleando este método, identificó una clase de célula nerviosa dotada de unas extensiones (o dendritas) mediante las cuales se conectan entre sí otras células nerviosas. Este descubrimiento permitió a Wilhelm von Waldeyer-Hartz formular la hipótesis de que las células nerviosas son las unidades estructurales básicas del sistema nervioso, hipótesis que más tarde demostraría Santiago Ramón y Cajal, quien desarrolló la teoría neuronal.

En 1876, tras su regreso a la Universidad de Pavía, continuó el examen de las células nerviosas, y obtuvo pruebas de la existencia de una red irregular de fibrillas, cavidades y gránulos, que en su honor en adelante se denominaría aparato de Golgi y que desempeña un papel esencial en operaciones celulares como la construcción de la membrana, el almacenamiento de lípidos y proteínas o el transporte de partículas a lo largo de la membrana plasmática.^[1]​

Entre 1885 y 1893 dedicó sus investigaciones al estudio del paludismo, y llegó a resultados tan importantes como la distinción entre el paludismo terciano y cuartano, en cuanto patologías provocadas por dos especies diferentes de un mismo protozoo parásito denominado Plasmodium, así como la identificación del acceso febril como originado por la liberación por parte de dicho organismo de esporas en el flujo sanguíneo.^[1]​

En 1906 Golgi recibió el Premio Nobel de Medicina conjuntamente con Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) por sus estudios sobre la estructura del sistema nervioso.

Murió en Pavía en enero de 1926.

En Pavia existen varios lugares que rinden homenaje a Golgi.

• Una estatua en mármol, en un patio del viejo edificio de la Universidad de Pavía, en el N.65 del central "Strada Nuova". En el sótano, está la siguiente inscripción en italiano: "Camillo Golgi / patologo sommo / della scienza istologica / antesignano e maestro / la segreta struttura / del tessuto nervoso / con intenta vigilia / sorprese e descrisse / qui operò / qui vive / guida e luce ai venturi / MDCCCXLIII - MCMXXVI" (Camillo Golgi / sobresaliente patólogo / de la ciencia histológica / precursor y maestro / la estructura secreta / del tejido nervioso / con un esfuerzo extenuante / descubrió y describió / aquí trabajó / aquí vive / aquí guía e ilumina futuros eruditos / 1843 - 1926).
• "Hogar de Golgi", también en Strada Nuova, en N.77, unos cuantos cientos de metros fuera de la universidad, justo enfrente del histórico "Teatro Fraschini". Es la casa en donde Golgi pasó la mayor parte de su vida personal, con su esposa Lina.
• La tumba de Golgi está en el Cementerio Monumental de Pavia (viale San Giovannino), cerca del carril central, justo antes del gran monumento a los caídos en la Primera Guerra Mundial. Es una sepultura muy simple de granito, con un medallón de bronce representando su perfil científico. Cerca de la tumba de Golgi, además de su esposa, yacen otros dos científicos médicos italianos importantes: Bartolomeo Panizza y Adelchi Negri.

Llevan el nombre de Golgi en su memoria:

Fisiología:

• El aparato de Golgi, un orgánulo presente en todas las células eucariotas.
• El órgano tendinoso de Golgi, un órgano receptor sensorial situado en los tendones de los músculos esqueléticos.
• Las células de Golgi, células de la capa granulosa del cerebelo.

Astronomía:

• El cráter lunar Golgi.

• Paolo Mazzarello (2010), Golgi: A Biography of the Founder of Modern Neuroscience, Translated by Aldo Badiani and Henry A. Buchtel, New York: Oxford University Press, ISBN 0195337840 .
• De Carlos, Juan A; Borrell, José (2007), «A historical reflection of the contributions of Cajal and Golgi to the foundations of neuroscience.», Brain research reviews (2007 August) 55 (1): 8-16, PMID 17490748, doi:10.1016/j.brainresrev.2007.03.010 .
• Muscatello, Umberto (2007), «Golgi's contribution to medicine.», Brain research reviews (agosto de 2007) 55 (1): 3-7, PMID 17462742, doi:10.1016/j.brainresrev.2007.03.007 .
• Kruger, Lawrence (2007), «The sensory neuron and the triumph of Camillo Golgi.», Brain research reviews (2007 October) 55 (2): 406-10, PMID 17408565, doi:10.1016/j.brainresrev.2007.01.008 .
• Dröscher, A (1998), «The history of the Golgi apparatus in neurones from its discovery in 1898 to electron microscopy.», Brain Res. Bull. (1998 October) 47 (3): 199-203, PMID 9865850, doi:10.1016/S0361-9230(98)00080-X .
• Fabene, P F; Bentivoglio, M (1998), «1898–1998: Camillo Golgi and "the Golgi": one hundred years of terminological clones.», Brain Res. Bull. (1998 October) 47 (3): 195-8, PMID 9865849, doi:10.1016/S0361-9230(98)00079-3 .
• Mironov, A A; Komissarchik, Ia Iu; Mironov, A A; Snigirevskaia, E S; Luini, A (1998), «[Current concept of structure and function of the Golgi apparatus. On the 100-anniversary of the discovery by Camillo Golgi]», Tsitologiia 40 (6): 483-96, PMID 9778732 .
• Farquhar, M G; Palade, G E (1998), «The Golgi apparatus: 100 years of progress and controversy.», Trends Cell Biol. (enero de 1998) 8 (1): 2-10, PMID 9695800, doi:10.1016/S0962-8924(97)01187-2 .
• Bentivoglio, M (1998), «1898: the Golgi apparatus emerges from nerve cells.», Trends Neurosci. (1998 May) 21 (5): 195-200, PMID 9610881, doi:10.1016/S0166-2236(98)01229-6 .

•   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Camillo Golgi.
• Bibliografía relacionada con Camillo Golgi en el catálogo de la Biblioteca Nacional de Alemania.
• Vida y Descubrimientos de Camillo Golgi
• Página de los Premios Nobel
• Some places and memories related to Camillo Golgi
• Museo en Corteno, ahora llamado Corteno Golgi, dedicada al Golgi. Incluye una galería de imágenes de su lugar de nacimiento.