Figlio di un farmacista, nato a Livorno Piemonte (dal 1925 Livorno Ferraris), studia a Torino al Regio Collegio di San Francesco da Paola (dal 1865 Liceo classico Vincenzo Gioberti) e poi alla Scuola d’Applicazione per gli Ingegneri di Torino (fondata nel 1859, e  confluita nel 1906 nel Politecnico di Torino) dove si laurea in Ingegneria civile nel 1869.

Dopo la laurea, dal 1870 è assistente di Fisica tecnica presso il Regio Museo Industriale di Torino (altra istituzione all’origine del Politecnico di Torino), materia della quale diventa professore incaricato a partire dal 1877 e ordinario, senza concorso «per meritata fama di singolare perizia», nel 1879.

Nel 1885, a conclusione degli studi che l’hanno condotto alla scoperta del campo magnetico rotante, presenta il “motore con induzione a campo rotante” a corrente alternata, alla base degli attuali motori elettrici asincroni e dei misuratori elettromeccanici di consumo dell’energia elettrica (Ferraris-Zähler); la scoperta è descritta da Ferraris, disinteressato alle applicazioni commerciali del proprio lavoro, solo il 18 marzo 1888, sugli «Atti della Reale Accademia delle Scienze di Torino». La paternità della scoperta del campo magnetico rotante fu contestata dallo scienziato serbo-statunitense Nikola Tesla, che nello stesso periodo deposita diversi brevetti a riguardo di motori asincroni negli Stati Uniti; la successiva controversia legale darà ragione a Ferraris.

Fondatore nel 1888 della prima scuola di elettrotecnica italiana, la “Scuola con laboratorio di elettrotecnica” presso il Regio Museo Industriale di Torino, è membro delle più importanti associazioni scientifiche dell’epoca (Società degli Ingegneri e degli Architetti in Torino, 1871, di cui è presidente nel 1882-83; Accademia di Agricoltura di Torino e Reale Accademia delle Scienze di Torino, 1880; Real Istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti, 1889; Accademia dei Lincei, 1891; Società dei XL, 1892). Nel 1893 è vicepresidente del Congresso internazionale di Elettrotecnica, nell’ambito dell’Esposizione universale di Chicago; nel 1896 fonda la Società Elettrotecnica Italiana, di cui è primo presidente; è consigliere comunale e assessore a Torino (dal 1887), a Livorno Piemonte (dal 1895), Senatore del Regno (dal 1896).