In Bologna besuchte Nervi die Ingenieurschule und schloss 1913 sein Bauingenieurstudium ab. Danach arbeitete er in der technischen Abteilung der Gesellschaft für Betonkonstruktionen in Bologna und Florenz. 1920 machte er sich selbstständig und gründete seine eigene Firma, die „Società Ing. Nervi e Nebbiosi“. Erste internationale Aufmerksamkeit erregte 1931 der Bau des städtischen Stadions von Florenz mit 35.000 Plätzen. Dafür wählte er eine kostengünstige, sichtbare Betonkonstruktion mit weit auskragenden Wendeltreppen.
Ein Jahr nach Ende des Zweiten Weltkriegs erfolgte seine Berufung auf den Lehrstuhl für Konstruktionstechnik und Materialkunde an der Architekturfakultät der Universität Rom. In dieser Zeit erfand er auch den Ferrozement. Dabei handelt es sich um einen Verbundwerkstoff aus Zementmörtel mit hohem auf Maschendraht beruhendem Bewehrungsgrad, der für dünnwandige Flächentragwerke wie beispielsweise auch für den Bau von Booten eingesetzt wird. Von 1948 bis 1949 plante und konstruierte er eine Ausstellungshalle in Turin.