Figlio minore di Cosimo I e di Eleonora di Toledo, Ferdinando fu avviato alla carriera ecclesiastica divenendo cardinale nel 1563. Risiedette soprattutto a Roma dove curò gli affari di famiglia presso la curia pontificia e dove fece costruire Villa Medici sul Pincio, dove riunì una straordinaria raccolta di opere d'arte antiche e moderne.

Nel 1587 successe al fratello Francesco I, morto prematuramente, sul trono granducale e, nel 1589, ripreso lo stato laicale, sposò Cristina di Lorena, principessa francese .

Con Ferdinando la corte medicea si trasferì definitivamente a Palazzo Pitti. Nel 1595 completò il complesso della reggia granducale con l'inaugurazione del Forte Belvedere sulla sommità del giardino di Boboli.

Il 7 febbraio 1609 Ferdinando I morì. Il suo corpo fu il primo ad essere tumulato nella Cappella dei Principi.

Ferdinando fu un ottimo amministratore e un attento mecenate, proseguendo la tradizione di famiglia che vedeva nella promozione delle arti e della cultura un eccezionale strumento di diplomazia e di propaganda del potere famigliare; in questo ambito allesti’ in modo definitivo la Galleria degli Uffiz con l’apertura al pubblico la Tribuna (commissionata dal fratello Francesco I al Buonatalenti).

Nel 1588 conclude i lavori di ammodernamento della Villa di Petraia, realizzando il giardino terrazzato e nel 1599 commissiona a Giusto Utens la serie delle lunette celebrative delle Ville Medicee con cui adornare la sala principale della Villa di Artimino.