Альфредо Каталани родился 19 июня 1854 года в Лукке в музыкальной семье. Свои первые уроки музыки он получил от отца-органиста. Позже учился в Музыкальном институте Лукки у Фортунато Маджи. Окончив обучение в 1872 году, Альфредо уехал в Париж, где совершенствовался в консерватории по классам фортепиано и композиции.
Через год он вернулся в Италию и закончил образование в Миланской консерватории у Антонио Баццини. Дипломной работой композитора в 1875 году становится одноактная опера «Серп» на либретто Арриго Бойто. В этот период Каталани знакомится с творчеством Рихарда Вагнера, и под его влиянием формирует собственный стиль.
В 1876 году музыкальный издатель Джованнина Лукка заказывает Каталани крупное драматическое сочинение. Каталани начинает работу над оперой «Эльда», в основу которой была положена легенда о Лорелее. Он закончил произведение в 1877 году, но поставлено оно было лишь спустя три года в Турине при поддержке дирижера Карло Педротти и критика Джузеппе Депаниса.
Далее он пишет еще три оперы, но публика принимает их достаточно прохладно. Каталани получает за свои работы небольшие гонорары, и в поисках дополнительных источников заработка он начинает преподавательскую деятельность. В 1886 году он получил место профессора класса композиции в Миланской консерватории.
Однако в 1890 году в Турине была осуществлена постановка значительно переработанной версии «Эльды», и ее успех вдохновляет Каталани на создание еще одной оперы – «Валли». Это наиболее известная работа композитора.
Альфредо Каталани скончался 7 августа 1893 года.