Nato a Livorno dal soldato piemontese Valente e dalla modista Maria Lucia Bartolini, vive un'infanzia complessa causata dalle forti ristrettezze economiche della famiglia dovute alla morte prematura del padre, lavorando presso una fonderia e come garzone.
Dopo una iniziale formazione da autodidatta, su indicazione dell'amico Llewelyn Lloyd segue lezioni di pittura dal vero presso gli studi dei paesaggisti Ugo Manaresi e Guglielmo Micheli; nel 1900 si trasferisce a Firenze, dove frequenta la Scuola Libera del Nudo di Giovanni Fattori e viene a contatto con altri allievi quali Ardengo Soffici, Antonio De Witt, Gustavo Sforni e un giovane Amedeo Modigliani, con il quale condivide l'alloggio, una stretta amicizia e l'interesse per il Secessionismo mitteleuropeo, in particolare nella fase decadentista che riporta ai classici cinquecenteschi (Ritratto della moglie).
Nello stesso anno parte con gli amici artisti alla volta di Parigi per visitare l'Esposizione Universale; in questo periodo entra in contatto con influenti intellettuali del tempo, fra i quali Giovanni Papini, Emilio Cecchi e Ardengo Soffici. Dal 1906 collabora con la rivista Leonardo, fondata da Giovanni Papini e Giuseppe Prezzolini.
Espone con successo alla Biennale di Venezia del 1901 con Autoritratto e del 1903 con Ritratto di Signora, che raffigura la moglie Isa Morandini , opera che riscuote l'apprezzamento di critica e pubblico e che gli vale buona fama di ritrattista presso la borghesia fiorentina.
Nel 1902 e nel 1906 è alla Promotrice di Firenze, nel 1904 partecipa con Medusa all'Esposizione internazionale di Saint Louis, dove ottiene una medaglia di bronzo.
Dal 1905 si avvia alla seconda fase stilistica della propria attività, vicina al gusto post-impressionista della scuola francese di Nabis e partecipa per l'ultima volta alla Biennale di Venezia con Ritratto della Signorina Bertina Merzbacher e L'Ava.
Nel 1907 incontra l'importante critico d'arte Ugo Ojetti, uno dei maggiori sostenitori della sua attività e l'anno successivo conosce Gustavo Sforni, giovane pittore e collezionista appartenente a una ricca famiglia ebraica che ne diviene il mecenate, stipendiandolo con 500 lire mensili in cambio di una prelazione sulle sue opere; Sforni contribuisce in modo decisivo alla diffusione in Italia delle opere di Paul Cézanne, il cui stile influenza notevolmente l'arte di Ghiglia.
Nel 1912, per appartarsi dal conflitto bellico e riabilitarsi dalla tubercolosi cronica che lo ha colpito durante l'impiego in fonderia, si trasferisce a Castiglioncello (soggetto prediletto del maestro Fattori) dove si dedica alla riproduzione di paesaggi, marine e nature morte e alla stesura della monografia L'opera di Giovanni Fattori.
Nel 1921 partecipa alla mostra collettiva Arte Italia Contemporanea allestita alla Galleria Pesaro di Milano, nel 1926 è alla mostra del Palazzo della Permanente a Milano, nel 1929 ancora alla Galleria Pesaro con I tre Ghiglia. Oscar, Valentino e Paolo, mentre nel 1935 partecipa alla II Quadriennale di Roma, sua ultima mostra.
Muore all'Ospedale di Prato il 24 giugno 1945.