Nacido de una familia con tradición musical y artística (uno de sus abuelos fue constructor de pianos y uno de sus tatarabuelos fue Juan José Nadal, el constructor de la arciprestal de San Jaime de Villarreal), pasó su infancia en Valencia, en un entorno arquitectónicamente muy rico, al lado de la catedral (se ha señalado la coincidencia en el tiempo con la restauración de la muy cercana Lonja de la Seda, que le habría dado la oportunidad de observar sus elementos constructivos).

Fábrica Batlló

Se formó en la escuela de maestros de obras de Barcelona, y en esa ciudad inició su trabajo y construyó la fábrica Batlló.  En la cercana localidad de Vilasar de Dalt construyó el Teatro de La Massa, con una bóveda de 17 metros de diámetro por 3,5 metros de flecha y un óculo central de 4 metros de diámetro. Cuando el edificio se inauguró, el 13 de marzo de 1881, él ya había partido hacia Estados Unidos, reuniendo dinero mediante una estafa de pagarés, lo que le imposibilitaba volver a España. Su irregular vida familiar había provocado que su primera esposa, Pilar Expósito,​ hubiese emigrado a Argentina con sus tres hijos mayores, mientras él se hacía cargo de su hijo menor, Rafael, de 9 años.

Desde 1881 residió en Nueva York,donde, tras unos accidentados inicios (se arruinó en el pánico de 1884), alcanzó el éxito gracias a la utilización de su patente (registrada en 1885) de un sistema de construcción de bóvedas derivado de la construcción tradicional en la zona mediterránea española (Valencia), conocido como bóveda tabicada, de ladrillo de plano; fue denominado en inglés Tile Arch System, Guastavino system o Guastavino tile (baldosa Guastavino). Centrado en esta actividad, constituyó la compañía Guastavino Fireproof Construction Company​ (destaca en el nombre la condición «a prueba de incendios» de sus materiales —había una gran sensibilidad por el tema tras los grandes incendios de Chicago en 1871 y de Boston en 1872). La participación de Guastavino en las obras consistía en el diseño y elaboración de las bóvedas. Se pueden apreciar en numerosos edificios emblemáticos de la ciudad de Nueva York (Grand Central Terminal, el Great Hall de Ellis Island, zonas del Metro, zonas del puente de Queensboro, catedral de San Juan el Divino, Carnegie Hall, Museo Americano de Historia Natural —en Central Park Oeste—, Templo Emanu El, iglesia de San Bartholomé —en la Quinta Avenida—, City Hall, Hospital Monte Sinaí, etc.) y otras ciudades (Biblioteca Pública de Boston, Museo Nacional de Historia Natural y Edificio de la Corte Suprema de Estados Unidos —ambos en Washington—, etc.)

Las obras de renovación de la estación Pensilvania de Manhattan han dejado al descubierto un antiguo pasadizo de techos abovedados cubiertos de baldosas blancas del edificio original demolido en 1964. No existe duda alguna sobre su autoría. Son la marca del constructor y emprendedor Rafael Guastavino (Valencia, 1842). Más conocido como ‘el arquitecto de Nueva York’. El sobrenombre se lo puso el diario The New York Times.

Al final de su vida había construido con el sistema que él mismo ideó 360 edificios en Nueva York, un centenar en Boston, además de edificios en Baltimore, Washington DC o Filadelfia. Se retiró a su propiedad en Black Mountain (Carolina del Norte), llamada Rhododendron,​ actualmente considerada distrito histórico.

Falleció el 2 de febrero de 1908, con tan solo 66 años, después de una vida digna de novela y de construir algunos de los edificios más importantes de la historia de la arquitectura de Estados Unidos.