A budai műegyetemen, majd Bécsben tanult, itt lett a gótika ismerője és rajongója. 1870-ben második díjat nyert a pesti Váci utcai Újvárosháza építésére kiírt pályázaton, s a kivitel alapjául gót stílusú terveit fogadták el. A város kívánságára azonban meg kellett változtatnia a terveket, s ő hihetetlen gyorsasággal készítette el a tervet, így az építkezés zavartalanul folytatódhatott.

Steindl érte el, hogy nagyméretű közgyűlési terem épüljön, ma is ez az önkormányzat reprezentatív helyisége.

Steindl Imre 1869-től a budai műegyetem helyettes, majd 1870-től rendes tanára lett, így számos kortársával ellentétben nem kellett magánmegbízatások során elapróznia tehetségét, bérházakat szinte alig tervezett. 1880 és 1882 között az állatorvosi egyetem Rottenbiller utcai pavilonjait, majd a régi műegyetem (ma az ELTE Múzeum körúti épületei) újjáépítését is rábízták, ezek nyerstégla burkolatú, neoreneszánsz alkotások, terrakotta díszítésekkel.

Steindl Imre eklektikus művész volt, a magyar historizáló építészet egyik legkiválóbb, egyéni képviselője. Ő tervezte az aradi városházát, a pesti kereskedelmi és iparbank székházát, az első, egyemeletes debreceni Arany Bika szállót. Utolsó műve az erzsébetvárosi Plébániatemplom a Rózsák terén, amely 1895 és 1901 között valósult meg, a neogót templom is Zsolnay-kerámia díszeket kapott.

Ő volt a kor legtöbbet foglalkoztatott műemlék-restaurátora is, egyebek között restaurálta a szegedi ferences templomot, az iglói és bártfai templomokat. 1870-ben megbízták a vajdahunyadi vár helyreállításával.

A munka több volt mint restaurálás, a műemléket Ferenc József számára vadászkastéllyá kellett alakítania. Ez sok, ma durvának tekintett átépítéssel járt, de akkor a műemlékvédelem szabályai megengedőbbek voltak, a munka azonban pénzhiány miatt nem fejeződött be.

A kassai dóm, a Szent Erzsébet-székesegyház rekonstrukciója kisebb hiányok pótlásának indult, s teljes újjáépítés lett belőle. 1877 és 1901 között új rendszerben boltoztatta át a templomot, a faragott kövek zömét kicseréltette, de a hiányzó déli torony megépítését nem sikerült elérnie. Budapesten a Belvárosi plébániatemplom szentélyét állította helyre 1889-90-ben.

Fő műve a budapesti Országház. Az 1882-es tervpályázatra beadott neogótikus terveit "a magyar alkotmány és nemzeti öntudat legmegfelelőbb építészeti kifejezésének" minősítették.

A mozgalmas tömegű, kőcsipkés, historizáló architektúra logikus belső térrendszert és korszerű épületgépészeti kialakítást rejt. Az épületbelsők kialakítása sokszor reneszánsz és barokk szellemben történt, főleg a hatalmas, egyetlen lendülettel felvezető főlépcső mutatja tervezője téralkotó képességeit.

Steindl néhány héttel az Országház 1902. október 8-iki átadása előtt, 1902. augusztus 31-én halt meg Budapesten. Műve a főváros jelképe lett, az Országház Magyarország egyik legnagyobb épülete, hossza 268, szélessége 118 méter, a kupolacsúcs magassága 96 méter.

Fontosabb írásaiban saját műveit, a kassai dóm restaurálását, az Országház építését ismertette. Portréja az Országház társalgójában látható.