Allievo di Cannizzaro, nel 1871 fu nominato docente di chimica presso l'Università di Torino. L'anno successivo subentrò a Cannizzaro all'Università di Palermo, della quale fu anche rettore. Nel 1892 passò all'Università di Roma come docente di chimica analitica, quindi dal 1910, sulla cattedra di chimica generale. Fu uno dei fondatori della "Gazzetta Chimica Italiana" nel 1871. Fu anche sindaco di Palermo e senatore del Regno. Si interessò anche all'azione della luce sulle sostanze organiche: la cosiddetta reazione di Paternò consiste nella formazione per via fotochimica di ossidi trimetilenici da miscele di olefine trisostituite o tetrasostituite con aldeidi o chetoni.