Figlio di Antonio e fratello minore del pittore Agostino, si formò presso bottega del cugino Ludovico, insieme al quale fondò nel 1582 l’Accademia dei Desiderosi (chiamata in seguito Accademia degli Incamminati), in cui imparò a coniugare l’attenzione al disegno tipico della scuola fiorentina con il gusto per il colore proprio di quella veneziana. Nel 1584 lavora con il fratello e il cugino al ciclo di affreschi dedicati alla vita di Giasone nel Palazzo Ghisilardi Fava a Bologna, mentre l’anno successivo dipinge un Battesimo di Cristo per la chiesa di San Gregorio, sempre a Bologna. È la fase in cui l’influenza di Coraggio si fa sentire maggiormente, permeando di sé l’intera scuola pittorica bolognese; ne sono testimonianza i due Compianti sul Cristo Morto e l’Assunzione per la chiesa di San Rocco a Reggio Emilia (oggi a Dresda), del 1587. Tra il 1587 e il 1588 visita Parma e Venezia e, tornato a Bologna, completa insieme agli altri due Carracci due importanti cicli di affreschi: quello raffigurante la Fondazione di Roma per il Palazzo Magnani (1589 – 1592) e quello con le Storie di Ercole per il Palazzo Sampieri, sempre a Bologna (1593 – 1594). La fama di tali affreschi monumentali valse ad Annibale l’invito del cardinale Odoardo Farnese per la decorazione del piano nobile di Palazzo Farnese a Roma. Giunto a Roma con Agostino nel 1595, egli vi realizza i celebri affreschi raffiguranti Gli amori degli Dei, a cui collaborarono anche Domenichino e Lanfranco. Capolavoro assoluto della pittura ad affresco del tempo, il ciclo di Palazzo Farnese fu per molto tempo considerato il contraltare classicista rispetto all’insorgere dello stile esasperatamente realistico dei Caravaggisti. Quasi a suggellare tale continuità con i grandi maestri del Rinascimento, Annibale fu sepolto nel Pantheon al fianco di Raffaello.