Studiò dapprima scultura all’Accademia delle Belle Arti di Siena, accostandosi in seguito allo studio della pittura sotto la guida di Luigi Mussini per diventarne allievo, nel 1857. Trasferitosi a Roma alterna i suoi viaggi di apprendimento e formazione in varie città d’Italia, prima fra tutte, Venezia. Il primo lavoro in cui ottiene successo di critica è Un episodio della vita di Fabiola, una tela a olio, presentata all’Esposizione Romana Artistica di Termini nel 1870, premiata con grande concorso di pubblico. Cominciano a piovere tutte le importanti commissioni romane: nel 1871 affresca i peducci dell’abside della chiesa di Santa Francesca Romana con le figure di David e Mosè; lo stesso anno riceve l’incarico da Vittorio Emanuele II dei lavori ad affresco nella Cappella del Sudario a Roma, appartenente alla famiglia reale, aventi la Gloria dei cinque beati della casa Sabauda sulla volta, e le Allegorie delle virtù sui fregi. Nel 1872 fu insignito dell’onorificenza di cavaliere della Corona d’Italia. Nel 1875 infatti esegue il dipinto Tobia seppellisce i morti, nella lunetta della cappella Lombardi del Cimitero del Verano, così come nell’anno successivo, per lo stesso luogo, con numerosi altri artisti, la decorazione del monumento funebre di Tommaso Minardi,  con le figure della Geometria e della Dialettica.  Nel 1880 risulta vincitore del concorso per la decorazione della sala gialla di Palazzo Madama a Roma «rappresentante alcuni dei fatti più illustri dell’antico Senato di Roma». Sulle pareti raffigura Appio Claudio cieco condotto in Senato, La partenza di Attilio Regolo da Roma, Cicerone inveisce contro Catilina, Incorruttibilità di Curio Dentato, Il senatore Marco Papirio impassibile davanti all’invasione dei Galli, e sul soffitto, tra stucchi, stemmi e dorature, figurazioni allegoriche disposte intorno a una figura centrale raffigurante L’Italia trionfante con in mano un vessillo nazionale.

Tra il 1886 e il 1887 partecipa alla decorazione della Sala del Risorgimento del Palazzo Pubblico di Siena, dedicata al re d’Italia Vittorio Emanuele II all’indomani della sua morte, il 21 gennaio 1878. Dipinge due episodi, La presentazione a Vittorio Emanuele II del plebiscito di Roma da parte del duca Caetani di Sermoneta e Il trasporto della salma di Vittorio Emanuele II al Pantheon, opere estremamente veristiche in cui l’artista riproduce fedelmente i costumi dell’epoca e le fisionomie di personaggi illustri perfettamente ritratti. Durante le stagioni estive tra il 1886 e il 1889 il pittore si reca in Liguria per diverse realizzazioni e nel 1888-89 gli vengono commissionati gli affreschi per la cupola del Sangallo nella basilica di Loreto. Dopo un soggiorno a Genova, di ritorno a Roma viene colto da una grave paralisi mentre sta lavorando a un’altra importante commissione, l’ultima, quella della decorazione dell’aula magna del palazzo di Giustizia, che verrà portata a termine dall’allievo Paride Pascucci nel 1918. Il Maccari morì a Roma il 17 aprile del 1919.

La cappella del pittore al Verano fu eseguita su suo personale disegno.