Federico Barocci war während der Gegenreform sehr aktiv und entwickelte einen wichtigen Stil für die Malerei und die Kunst der Gravur. Tatsächlich war er der originellste Künstler im Mittelitalien seiner Zeit. Er blieb dem Stil seiner Epoche, dem Manierismus, treu, aber hatte dabei einen originellen Ansatz, präsentiert durch eine dramatische Nutzung von Licht, zusammen mit einer emotionalen Spiritualität. Er zeigte eine einzigartige Sensibilität in der Schaffung realistischer und ausdrucksstarker Figuren, mit warmen Farmen, gefühlvoll und faszinierend. Er war ein Vorläufer des Barock und beeinflusste hauptsächlichh flämische Künstler wie Pietro Paolo Rubens (1577-1640).
Sein Martyirum des Hl. Vitale beeinflusste das Maryrium des Hl. Livinio von Rubens deutlich.Das Werk von Federico Barocci war auch von großer Bedeutung für den römischen Bildhauer Gian Lorenzo Bernini (1598-1680),Schöpfer einiger Meisterwerke des Barock, wie L'estasi di santa Teresa in Santa Maria della Vittoria.
Seine erste künstlerische Ausbildung erhielt er von seinem Vater, Ambrogio Baroccio, einem Bildhauer aus Mailand. Sein Onkel Bartolomeo Genga ermutigte ihn zu einer künstlerischen Karriere. Barocci trat daher ein Praktikum bei Battista Franco Veneziano, genannt il Semolei (1510-1561), in Urbino an. Weitere Maler bei denen er sich weiterbildete sind Francesco Manzocchi und Taddeo Zuccari (1529-1566), und neuerdings sein Onkel Genga. Er studierte bei großen Künstlern wie Tiziano (1485-1576), Rafael (1483-1520) und vor allem il Correggio (1489-1534), der einen großen Einfluss auf ihn hatte. Manchmall arbeitete er zusammen mit Federico Zuccari (1542-1609), dem jüngeren Bruder von Taddeo. Er war in Rom und Urbino aktiv, ab 1535 bis ein Jahr vor seinem Tod, 1612.
Seine ambitioniertesten Werke sind Die Kreuzabnahme, im Dom von Perugia, die Madonna del Popolo in den Uffizien und das Martyrium des Hl. san Vitale. Die Uffizien stellen auch seine Porträts von Francesco II della Rovere und Ippolito della Rovere aus, sowie Noli me tangere und sein Porträt eines Mädchens. Seine bemerkenswertesten Gravuren sind Il perdono di Assisi und l'Annunciazione.
Es gibt mehr als 2.000 dokumentierte Werke von ihm, da er zahlreiche Altarbilder und Porträts zeichnete.
Wie die Katholische Enzyklopedie sagt, hat wohl eine Gruppe von Malern aus Neid versucht, ihn zu vergiftet, als er sich auf dem Höhepunkt seiner Karriere befand. Dies kann ein Grund seiner Schwäche im Alter sein, die seine Produktion beeinträchtigte und minderte. Der Biograph des Rinascimento, Giorgio Vasari, schrieb, dass Barocci "ein Junge mit großen Zielen" war. Der Biograpf des Barock, Gian Pietro Bellori (1613-1696), sah in ihm den absoluten Meister seiner Zeit.