Nommé cardinal en 1562, il succède à son frère François I et devient grand-duc de 1587 à 1609. À Rome, il fonde la Villa Médicis et acquiert un grand nombre d’œuvres d’art qu’il transfère en partie à Florence.
Grand-duc de Toscane de 1547 à 1587, il prête un intérêt particulier à l’alchimie et fonde une manufacture dans laquelle il expérimente diverses techniques comme la porcelaine.