Studia a Roma presso i gesuiti, e poi dal 1722 a Torino nel Collegio dei Nobili dove si laurea in legge, mentre si dedica, come autodidatta, a studi di architettura.

Costruisce ad Asti e ad Alessandria dove, nel 1730, realizza il palazzo dello zio marchese Tommaso Ghilini e, grazie forse allo Juvara, del quale subisce una notevole influenza, lavora per la corte sabauda.

Nel 1736 Carlo Emanuele III lo incarica di portare a termine il Teatro Regio di Torino, nominandolo nel 1739 "primo architetto civile del re di Sardegna".

Sempre a Torino in numerosi rifacimenti di interni, fra i quali si citano alcune stanze e gallerie nel Palazzo Reale e nel palazzo Isnardi di Caraglio (1739), dimostra una notevole conoscenza dei modelli rococò francesi.

Lavora inoltre ai palazzi Chiablese (1736-40), Morozzo della Rocca (1748), Asinari di San Marzano (iniziato nel 1741), e costruisce l'ala meridionale del palazzo del Senato (1741-48).

Fa disegni per una riforma del duomo torinese, per un ampliamento di palazzo Madama, della palazzina di Stupinigi e per una ricostruzione del castello di Chambéry.

Nel 1753 la Fabbrica Lapidea della Basilica di San Gaudenzio di Novara gli commissiona il progetto per la realizzazione del Campanile. Realizzazione che viene portata a termine nel 1786, dopo la morte dell'Alfieri.

Dal 1757 al 1771, quattro anni dopo la sua morte, si protrae la costruzione del duomo di Carignano, la sua opera più originale per la sorprendente pianta a ventaglio, per la facciata concava lasciata rustica e per la persistenza di richiami guariniani; mentre nei palazzi Ottolenghi ad Asti e Sormani a Milano e nella facciata del duomo di Vercelli (1753-60) si fa strada una tendenza verso una ufficialità classicheggiante.

Alfieri si occupa anche di urbanistica, soprattutto a Torino con il progetto del 1756 per una piazza all'incrocio fra Via Milano e Via Garibaldi.