Su primera formación la recibe de su padre, un cantero, antes de trasladarse a Florencia para aprender a pintar. Entre 1612 y 1613 se traslada a Roma, donde el mecenazgo de los Barberini es factor fundamental en el desarrollo de su carrera. Para ellos pinta la Alegoría de la Divina Providencia y el poder de los Barberini en su palacio. Esta obra se convierte en un triunfo del ilusionismo barroco, debido a la representación del centro de la bóveda como cielo abierto, y las figuras vistas desde abajo, parecen penetrar o salir alternativamente del interior del recinto. Entre 1640 y 1647, se traslada a Florencia para terminar la decoración del palacio Pitti, cuyas bóvedas presentan elementos de estuco, que unifican las partes pintadas con el marco arquitectónico de las salas. Arquitectónicamente su obra maestra es la iglesia de Santi Martina e Luca de Roma (1635 – 1650), primera iglesia barroca proyectada y construida como una unidad completa. Sus fórmulas decorativas ejercen gran influencia tanto en Italia como en Francia.