A budai műegyetemen, majd Bécsben tanult, itt lett a gótika ismerője és rajongója. 1870-ben második díjat nyert gót stílusú tervével a pesti Váci utcai Újvárosháza építésére kiírt pályázaton, de a város kívánságára meg kellett változtatnia a terveket. Steindl hihetetlen gyorsasággal készítette el a módosításokat, így az építkezés zavartalanul folyhatott. Õ érte el azt is, hogy nagyméretű közgyűlési terem épüljön, amely ma is az önkormányzat reprezentatív helyisége.

Steindl 1869-től a budai műegyetem helyettes, majd 1870-től rendes tanára lett, így számos kortársával ellentétben nem kellett magánmegbízatásokra 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 eklektikus művész volt, a magyar historizáló építészet egyik legkiválóbb, egyéni képviselője. Õ 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 neogótikus templom is Zsolnay-kerámia díszeket kapott.

A kor legtöbbet foglalkoztatott műemlék-restaurátoraként ő restaurálta a szegedi ferences templomot, az iglói és bártfai templomokat. 1870-ben megbízták a vajdahunyadi vár helyreállításával, ennek során a műemléket vadászkastéllyá kellett átalakítania az uralkodó, Ferenc József számára. Mindez ma már 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 Steindl által irányított rekonstrukciója kisebb hiányok pótlásának indult, és 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.

Steindl Imre fő műve a budapesti Országház, amely a főváros jelképe lett. Az 1882-es tervpályázatra beadott neogótikus terveit a bíráló bizottság "a magyar alkotmány és nemzeti öntudat legmegfelelőbb építészeti kifejezésének" minősítette. Magyarország egyik legnagyobb épületének hossza 268, szélessége 118 méter, a kupolacsúcs magassága 96 méter. 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-i átadása előtt, 1902. augusztus 31-én halt meg Budapesten. Fontosabb írásaiban saját műveit, a kassai dóm restaurálását, az Országház építését ismertette. Portréja az Országház társalgójában látható, a Parlament közelében utcát neveztek el róla, és nevét viselte az országház előtti Kossuth tér átépítésének nemrég megvalósult terve.