تحصیلات خود را در زادگاهش آغاز کرد در سال ۱۳۱۶ به آبادان رفته، در مدرسه فنی در رشته مکانیک مشغول به تحصیل شد. سال ۱۳۲۷ تحصیلات حوزوی خود را در نجف آغاز کرد. و سال ۱۳۲۷ تحصیلات خود را در قم ادامه داد.
او از بدو ورود به حوزه علمیه قم نویسندگی را آغاز کرد. از وی مقالات متعددی نیز در شرح حال فقها و علما در مجلات دینی، به ویژه مجله مکتب اسلام چاپ شده‌است.
تحصیلات عالی حوزوی را در درس خارج آیتالله بروجردی و آیتالله سید روح‌الله خمینی دنبال کرد. در سال ۱۳۲۸ با یکی از نوادگان وحید بهبهانی ازدواج کرد. علی دوانی از شخصیتهای هوادار نهضت امام خمینی(ره) است. وی پس از پایان موفقیتآمیز قیام عمومی علما و مراجع به رهبری امام (ره)علیه تصویب لایحه انجمنهای ایالتی و ولایتی، کتاب «نهضت دو ماهه روحانیون» را به نگارش درآورد. در پی ادامه بازداشت امام بعد از سخنرانی روز عاشورا در اسفند ماه سال ۱۳۴۲، وی با دیگر علمای حوزه علمیه قم تلگراف اعتراضآمیزی به منصور نخست وزیر وقت مخابره کردند.
در ۲۹ اسفند ۱۳۴۲ نامه سرگشادهای از طرف جمعی از طلاب و فضلای حوزه علمیه قم درباره اجرا نشدن قوانین اسلامی و قانون اساسی کشور و پایان دادن به وضع سیاسی موجود و بازگشت امام به ایران به امیرعباس هویدا نوشته شد که دوانی یکی از امضاکنندگان آن نامه بود.
در سال ۱۳۴۴ به مناسبت شهادت امام صادق و سالگرد واقعه مدرسه فیضیه قم، در این مدرسه مراسم سوگواری برگزار شد که وی نیز در آن مجلس سخنرانی کوتاهی ایراد کرد.
پس از تأسیس حسینیه ارشاد توسط آیتالله مرتضی مطهری برای ایراد سخنرانی دعوت شد و در این مدت در اغلب جلسات روحانیت مبارز تهران شرکت کرد. با پیروزی انقلاب اسلامی وی به جمع آوری منابع تاریخی، اعلامیهها و بیانیهها همت گماشت. پس از گردآوری منابع، کتاب ۱۰ جلدی «نهضت روحانیون ایران» را در سال ۱۳۵۸ منتشر کرد که از آثار قابل توجه وی در زمینه تاریخ انقلاب اسلامی میباشد. وی علاوه بر تألیف، در مؤسسات آموزش عالی به تدریس تاریخ اسلام اشتغال داشت. از او بیش از شصت اثر منتشر شده‌است، کتاب «خاطرات من از استاد مطهری» حاوی نکاتی مغفول در تاریخ انقلاب اسلامی است. او نه فرزند دختر و پسر دارد که چهار فرزند او هر کدام در حوزه‌ای تاثیرگذار بوده‌اند؛محمد رجبی که مدتی رئیس کتابخانه ملی و رئیس بنیاد فارابی بود و در سال 1391 به جای رسول جعفریان ریاست کتابخانه و اسناد مجلس را عهده‌دار شد.
محمدحسین رجبی دوانی که در زمینه متون مذهبی و رسائل دوره مشروطیت تلاش کرده و می‌کند، محمدحسن رجبی که تاریخ‌نگاری می‌کند و محمدعلی رجبی دوانی که در زمینه هنر فعالیت می‌کند و فاطمه رجبی که همسر الهام، وزیر و سخنگوی دولت احمدی‌نژاد است.
داستان‌های ما،نهضت دو ماهه روحانیون،خاطرات من از استاد مطهری ،مفاخر اسلام و نهضت روحانیون ایران (۵ مجلد)؛ ناشر: مرکز اسناد انقلاب اسلامی از جمله آثار اوست.
وی در شامگاه روز دوشنبه ۱۸دی ماه ۱۳۸۵ درگذشت و پیکر او در حرم حضرت معصومه(ع) به خاک سپرده شد.
