Federico Barocci gimė 1535 metais Urbino mieste, Italijoje, amatininkų šeimoje. Jo tėvas Ambrogio di Federico Barocci dirbo skulptoriumi ir brangakmenių raižytoju, todėl būsimasis dailininkas nuo mažumės augo meninėje aplinkoje. Pirmuosius tapybos pagrindus jis įgijo tėvo dirbtuvėse, o vėliau mokėsi pas menininką Battista Franco. Apie 1555 metus Barocci išvyko į Romą, kur kelerius metus tyrinėjo Rafaelio bei kitų Renesanso meistrų darbus, gilinosi į antikinį meną bei kompozicijos principus.
Grįžęs į Urbiną, dailininkas tobulino savo įgūdžius ir 1560 metais vėl buvo pakviestas į Romą. Čia jis kartu su Taddeo Zuccari dirbo popiežiaus Pijaus IV užsakymu dekoruodamas Vatikano rūmų patalpas. Tačiau 1563 metais, būdamas Romoje, menininkas patyrė sunkų apsinuodijimą. Barocci ir jo amžininkai tikėjo, kad jį nuodais pasikėsino pražudyti pavydūs kitų menininkų ratų atstovai. Dėl šio įvykio dailininką visą likusį gyvenimą kankino lėtiniai virškinimo sistemos sutrikimai ir stiprūs skausmai, leidę jam prie drobės dirbti tik po kelias valandas per dieną.
Sveikatos būklė privertė Barocci palikti Romą ir visam laikui apsistoti gimtajame Urbine. Nepaisant fizinių apribojimų, jo autoritetas augo. Pagrindiniu menininko užsakovu bei globėju tapo Urbino kunigaikštis Francesco Maria II della Rovere. Barocci gaudavo užsakymus iš popiežių, Ispanijos karaliaus Pilypo II, Šventosios Romos imperatoriaus Rudolfo II bei įvairių vienuolijų. Jis retai palikdavo Urbiną, tačiau jo paveikslai buvo siunčiami į Madridą, Prahą, Romą ir kitus Europos centrus. Dailininkas mirė Urbine 1612 metais.
Savo kūryboje Barocci naudojo itin nuoseklų ir ilgą parengiamąjį procesą. Prieš pradėdamas tapyti aliejiniais dažais, jis atlikdavo dešimtis ar net šimtus eskizų. Jis piešdavo gyvus modelius, kūrė vaško ar molio figūrėles apšvietimo studijoms ir tapė kartoninius maketus. Barocci buvo vienas pirmųjų menininkų, nuolat naudojusių spalvotas pasteles parengiamiesiems portretams ir veidų išraiškoms fiksuoti. Jo paveikslams būdingi minkšti spalvų perėjimai, švelni šviesa, dinamika ir emociškai išraiškingos religinės scenos.
Šiandienos žiūrovui Federico Barocci kūryba įdomi dėl jo gebėjimo sujungti griežtą analitinį pasiruošimą su jautria, emocinga vizualine kalba. Jo parengiamieji piešiniai ir pastelės stebina šiuolaikišku lengvumu, spontaniškumu bei šviesos pajautimu, dažnai atrodydami net dinamiškesni už užbaigtus didelio formato aliejinius kūrinius. Be to, Barocci darbai atskleidžia svarbų perėjimo etapą meno istorijoje: juose matomas perėjimas nuo vėlyvojo manierizmo formalių taisyklių prie Baroko stiliui būdingo iliuzionizmo, judesio ir emocinio poveikio žiūrovui.