W latach 1890–1893 współpracował ze swoim bratem Silvestrem nad Mostem Biskajskim. który ostatecznie został uznany za arcydzieło. Po trzech latach pracy i pokonywaniu wielu niepowodzeń, 28 lipca 1893 roku dokonano otwarcia mostu. Był to pierwszy most promowy na świecie, który zainspirował innych architektów do tworzenia podobnych obiektów.
Na początku XX wieku przeniósł się do Madrytu i tam projektował m.in. luksusowe rezydencje, osiedla mieszkaniowe.
Palacio miał ogromną wyobraźnię, a jego projekty były wielkie, innowatorskie i niezwykle kosztowne, w związku z czym wiele z nich pozostało bez wprowadzenia w życie, m.in. budowa 300-metrowej zadaszonej galerii nad ujściem rzeki Bilbao, globus o średnicy 200 metrów na 100-metrowej kolumnie na cześć Krzysztofa Kolumba, miałby on być wówczas najwyższą budowlą na świecie i 100-metrowy pomnik baskijskiego Fueros, który miał stanąć na Plaza Circular w Bilbao.
Projekty
Zrealizowane
Most Biskajski Siedziba Banku Hiszpanii w Madrycie Dworzec kolejowy w Madrycie – Estación de Atocha Fabryka Osram przy Paseo de Santa María de la