Figlio di Antonio, secondo le fonti si formò nella bottega del cugino Ludovico, insieme al fratello maggiore Agostino con cui nel 1582 fondò l’Accademia degli Incamminati. Iniziò con quadri di genere che testimonierebbero un contatto con un altro bolognese, Bartolomeo Passarotti, tra cui La bottega del macellaio (Oxford, Christ Church) e il celeberrimo Mangiatore di fagioli (Roma, Galleria Colonna). Dalla seconda metà degli anni ’80 la sua pittura religiosa risentì degli influssi di Barocci, Correggio e della pittura veneziana. È questo il periodo di dipinti quali la Pietà di Parma (Galleria Nazionale), Venere, satiro e amorino (Firenze, Galleria degli Uffizi), Venere e Adone (Madrid, Museo del Prado), Assunzione della Vergine (Bologna, Pinacoteca nazionale). Dopo un rapido soggiorno romano a cavallo tra 1594 e 1595, su invito del cardinale Odoardo Farnese, alla fine dell’anno si trasferì a Roma, dove realizzò il suo capolavoro assoluto, gli affreschi della loggia di Palazzo Farnese raffiguranti Gli amori degli Dei, a cui collaborarono anche il fratello, Domenichino e Lanfranco, ma anche la tela con Ercole al bivio (Napoli, Museo di Capodimonte). Tradizionalmente viene considerato il massimo esponente della tradizione classicista in contrapposizione a Caravaggio. È sepolto nel Pantheon, al fianco di Raffaello