Di origini ticinesi, fratello di Stefano Maderno, cominciò la sua carriera nell'industria del marmo per poi trasferirsi nel 1588 a Roma come assistente dello zio Domenico Fontana. Del 1603 è la sua prima opera, la facciata della chiesa di Santa Susanna, da molti considerata come il primo esempio pienamente compiuto di architettura barocca.
Questa facciata, il cui asse centrale è sottolineato mediante l'uso graduale di pilastri, semicolonne e colonne verso la parte mediana del prospetto, destò l'attenzione di papa Paolo V, che lo chiamò a partecipare alla costruzione della basilica di San Pietro, modificando il progetto iniziale di Michelangelo Buonarroti. Maderno ne mutò la pianta, inizialmente centralizzata, prolungando un braccio e realizzando, a partire dal 1608, l'imponente facciata con la loggia delle benedizioni.