Storico dell'arte italiano. Si laurea a Torino con Anna Maria Brizio, e si specializza a Firenze con Roberto Longhi nel 1954 con una tesi su Matteo Giovannetti, pubblicata nel 1963 in versione aggiornata nel 1991 (Un pittore italiano alla corte di Avignone. Matteo Giovannetti e la cultura in Provenza nel sec. XIV).

Insegna in numerose università: a Losanna (1964-1983), Ginevra (1970-1971), Torino (1979-1982) e, dal 1983, alla Scuola Normale Superiore di Pisa, dove gli è conferito il titolo di professore emerito.

Nel 1984, insieme a Gian Giacomo Migone e a un gruppo di amici, fonda il mensile d'informazione culturale "L'Indice dei libri del mese", ispirato a riviste di fama internazionale quali The Times Literary Supplement e The New York Review of Books.

Nel 1994 è chiamato a insegnare alla École Normale Supérieure di Parigi.

È membro corrispondente dell'Accademia dei Lincei e socio dell'Accademia delle Scienze di Torino, dell'Accademia di San Luca e dell'Accademia del Disegno di Firenze.

Muore il 15 giugno 2014 a Torino.

Nel 1991 ottiene, insieme a Paola Barocchi (1927 - 2016), il premio Antonio Feltrinelli dell'Accademia nazionale dei Lincei per la critica d'arte.

È membro corrispondente dell'Accademia dei Lincei e socio dell'Accademia delle Scienze di Torino, dell'Accademia di San Luca e dell'Accademia del Disegno di Firenze.

Nel 2007, su proposta della Presidenza del Consiglio dei Ministri, gli viene conferito il titolo di Commendatore Ordine al Merito della Repubblica Italiana.

Tra le sue pubblicazioni si ricordano: la raccolta di saggi Arte, industria, rivoluzioni. Temi di storia sociale dell'arte (1985, riedito per i tipi della Scuola Normale nel 2007); I mesi di Trento. Gli affreschi di Torre Aquila e il gotico internazionale (1986); Vetrate medievali (1994, ristampato per i tipi Einaudi con aggiornamento nella prefazione nel 2007); la raccolta di saggi La cattedrale tascabile (2000).

Ha inoltre curato, tra gli altri, i seguenti volumi: insieme a Giuseppe Sergi (1946) i quattro volumi di Arti e Storia nel Medioevo (2002-2004); Artifex bonus. Il mondo dell'artista medievale (2004); insieme ad Alessio Monciatti (1971) Medioevo/Medioevi. Un secolo di esposizioni d'arte medievale (2008).

Tra i suoi conttributi più rilevanti si ricorda il fondamentale Centro e periferia, con Carlo Ginzburg, nella collana Storia dell'arte Einaudi, 1979).

Ha diretto importanti opere generali (i volumi Il Duecento e il Trecento, 1986, e Ottocento, 1990, della Pittura in Italia Electa; Storia del disegno industriale, 1989-1991; il Dizionario della pittura e dei pittori Larousse Einaudi, 1989-1994).

Ha promosso con Paola Barocchi (1927-2016) iniziative per lo studio e il restauro del complesso monumentale del Camposanto pisano, curando il volume Il Camposanto di Pisa, in collaborazione con Clara Baracchini (1996).

Per l'Istituto della Enciclopedia Italiana Treccani cura tre volumi per la collana di pregio dedicata al Medioevo: Gioielli d'arte (2005), Cattedrali di luce. Viaggio tra le vetrate medievali (2007); Ars illuminandi. L’illustrazione libraria in Occidente dal v al xv secolo (2009); per la collana I luoghi dell'arte cura il volume Torino. Prima capitale d’Italia (2011).

Ha collaborato per lungo tempo all'edizione domenicale de Il Sole 24 ore.

Nel 2012 esce per i titpi della Scuola Normale Conosco un ottimo storico dell’arte… raccolta di studi di amici e allievi pisani in onore di Enrico Castelnuovo: il libro, che nel titolo riprende una citazione di Italo Calvino (1923-1985) riferita allo stesso studioso, nella varietà degli ambiti geografici e degli argomenti affrontati (dal mondo classico all’arte contemporanea) rispecchia le tante piste di studio che Castelnuovo suggerisce o incoraggia durante gli anni della docenza pisana.

Cura alcune importanti esposizioni e i relativi cataloghi: Giacomo Jaquerio e il gotico internazionale, con Giovanni Romano (1979); Cultura figurativa e architettonica negli Stati del re di Sardegna (1980), con Marco Rosci; Le stanze di Artù. Gli affreschi di Frugarolo e l'immaginario cavalleresco nell'autunno del Medioevo (1999); Corti e città. Arte del Quattrocento nelle Alpi occidentali(2006) con Elena Rossetti Brezzi e Enrica Pagella; La Reggia di Venaria e i Savoia: arte, magnificenza e storia di una corte europea (2007).

Ha presieduto il Comitato Scientifico di Palazzo Madama - Museo Civico d'Arte Antica e, dal 2002, della Fondazione Torino Musei.