Ferdinándot 14 éves korában bíborossá nevezték ki. Rómában élt, amikor bátyja, Francesco fiú utód nélkül meghalt, így a nagyhercegi címet ő örökölte (1587). Csak 1589-ben mondott le bíborosi rangjáról, mikor megnősült.[6] Habár kevéssé vonzódott a vallásos élethez, mégis megalapította a Propaganda Fide elnevezésű missziós társaságot és tanúbizonyságát adta kiváló irányítóképességének. Rómában bőven volt lehetősége arra, hogy a klasszikus szobrok iránti vonzalmának áldozzon. Ezekből nagy gyűjteményre tett szert, amely főként görög eredetik római másolataiból állt. Ebben a gyűjteményben volt a Medici Vénusz is. A szoborgyűjtemény elhelyezésére villát vásárolt a Pinción és amikor a bátyja meghalt, sok szobrot hazavitt magával Firenzébe. Pompás vadászkastélyt építtetett Artiminóban és tovább költötte a pénzt a Pitti-palotára és a Boboli-kertre, kibővítve az Uffizi képtárat. Több ritka kéziratot szerzett be Perzsiából és Egyiptomból a Medici-könyvtár számára. Firenzében kórházak épültek és Pisában kollégium alakult tudósok számára. Megerősítette az apjától örökölt flottát és Livorno tovább fejlődött. Egész Európából érkeztek Firenzébe polgárok, akiket vonzott a nagyherceg vallási türelmi ígérete. Szent Lőrinc ünnepén bevezetett egy új és kedves szertartást: minden évben hozománnyal látott el olyan szegény lányokat, akik különben nehezen találtak volna férjet.
Politikus
Uralkodása kezdetén Ferdinánd 38 éves volt. Sokkal kellemesebb ember volt, mint testvére, akit ő sohasem kedvelt. Habár különc – és feltűnésre vágyó ember volt – azonnal Firenze sorsával kezdett el foglalkozni. Úgy tűnt, hogy erővel is készen áll megőrizni városa függetlenségét. Ez ellentétben állt testvére politikájával, aki szerette megkerülni a gondokat. Ferdinánd viszonylag jóindulatú és hatékony uralma alatt a kormányzat kevésbé volt korrupt, a pénzügyek rendeződtek, felvirágzott a kereskedelem és a mezőgazdaság.[7] Ferdinánd titkos kölcsönökkel segítette Navarrai Henriket, még mielőtt Henrik áttért a római katolikus hitre. A pénzre Henriknek ahhoz a háborúhoz volt szüksége, amelynek eredményeképpen IV. Henrik néven a francia trónra lépett. 1591-ben – ugyanebben a háborúban – a toscanai csapatok elfoglalták If várát és ezzel meghiúsították a Marseille-re vonatkozó spanyol terveket. Némi nézeteltérés alakult ki Ferdinánd és Henrik között, mielőtt Ferdinánd visszahívta a helyőrséget If várából (1598). Barátságukat azonban újból megerősítette, hogy Henrik 1600-ban feleségül vette Ferdinánd unokahúgát, Medici Máriát (1573-1642).