Activo durante la Contrarreforma, Federico Barocci desarrolló un estilo influyente para la pintura y el arte del grabado. Podríamos ir más allá y decir que fue el artista más original de su tiempo en el centro de Italia. Se quedó fiel al estilo de su época, el Manierismo, pero tuvo un enfoque original, representado por un uso dramático de la luz, combinado con una espiritualidad muy emocionante. Demostró una sensibilidad única en hacer las figuras realistas y delicadamente expresivas, con colores cálidos, emocionantes y fascinantes. Fue un precursor del Barroco, e influyó especialmente en los artistas flamencos como Pieter Paul Rubens (1577-1640).
Su Martirio de san Vitale influyó mucho en el Martirio de san Livinio de Rubens. La obra de Federico Barocci fue importante también para el escultor romano Gian Lorenzo Bernini (1598-1680), creador de algunas obras maestras del barroco, como El éxtasis de santa Teresa en Santa Maria della Vittoria.
Su primera formación artística vino de su padre, Ambrogio Baroccio, un escultor originario de Milán. Su tío Bartolomeo Genga animó a su carrera artística. Entonces Barocci hizo un aprendizaje con Battista Franco Veneziano, llamdo Semolei (1510-1561), en Urbino. Otros artistas con los que él se ha formado son Francesco Manzocchi y Taddeo Zuccari (1529-1566), y otra vez su tío Genga. Estudió de cerca la obra de grandes artistas como Tiziano (1485-1576), Rafael (1483-1520) y especialmente Correggio (1489-1534), que tuvieron gran influencia en él. A veces, él trabajó con Federico Zuccari (1542-1609), el hermano menor de Taddeo. Fue activo entre Roma y Urbino, a partir de 1535 hasta pocos años antes de su muerte, en 1612.
Sus trabajos más ambiciosos se consideran La deposición de la Cruz, en la catedral de Perugia, La Virgen del pueblo de los Uffizi y el Martirio de san Vitale. Los Uffizi albergan también sus retratos de Francesco II della Rovere e Ippolito della Rovere, su Noli me tangere y su Retrato de una joven. Sus grabaciones más apreciadas son El perdón de Asís y la Anunciación. Existen más de 2.000 dibujos documentados como suyos, ya que realizó numerosos retablos y retratos.
Según la Enciclopedia Católica, parece que un grupo de pintores, por envidia, trató de envenenarle, mientras él estaba en la cumbre del éxito. Esto podría ser la causa de la debilidad que marcó su vejez, cuando en realidad disminuyó su producción. El gran biógrafo del Renacimiento italiano, Giorgio Vasari, escribió que Barocci era "un joven de grandes expectativas". El biógrafo del barroco, Gian Pietro Bellori (1613-1696), le consideraba el maestro absoluto de su tiempo.