Cesare Baronio var eneste barn til Camillo Baronio og Porzia Febonia. Han ble utdannet i Veroli og Napoli, der han begynte på de juridiske studier i oktober 1556. I Roma tok han doktorgrad i kanonisk rett og sivilrett.
Etter dette ble han medlem av oratorianerne i 1557 under Filip Neri - fremtidig helgen - og ble ordinert til subdiakonatet den 21. descember 1560, og senere til diakonaten den 20. mai 1561.
Prest
Han ble presteviet i 1564. Han etterfulgte pater Neri som superior for oratorianerne i 1593. I 1594 ble han skriftefar for pave Klemens VIII.
Kardinal
Baronius ble av pave Klemens opphøyet til kardinal i 1596, og ble bibliotekar ved Vatikanbiblioteket. Han gjorde sin største innsats i den polemikk mellom luthersk protestantisk og katolsk kirkehistorisk oppfatning som var blitt innledet ved de under Mattias Flacius Illyricus ledelse forfattede Magdeburgcenturiene. Mot den i disse utformede luthersk-protestantiske bilder av kirkehistorien vendte Baronius seg i sitt 12-binds verk Annales ecclesiastici a Christo nato ad annum 1198, utgitt 1598–1607. Han har også her presentert et rikt materiale fra litteraturen og tilføyd meget fra vatikanarkivene. Hans skrifter er minst like tendensiøst i tridentinsk retning som Magdeburgcenturiene i reformatorisk.
Ved pavevalget i mars 1605 fikk Baronius simpelt flertall av stemmene, men han vegret seg heftig mot å fa imot valget med det argumant at han var dette uverdig, slik at det til sltt ble Alessandro Ottaviano de’Medici som ble valgt.[5] Ifølge andre kilder spilte det en rolle at hans valg slo feil idet det spanske parti blant kardinalene ikke ville ha ham.
Etter Medici-paven Leo XIs tidlige død deltok han også på pavevalget i mai 1605.
Domenico Sarra: Vita del venerabile cardinale Cesare Baronio. Gambetta, Rom 1862.
Angelo Roncalli: Il cardinale Cesare Baronio. Nel terzo centenario della sua morte. I: Scuola Cattolica. 4. Ser., Bd. 13, 1908, s. 3–29 (Særtrykk: Artigianelli, Monza 1908).
Angelo Roncalli: Il cardinale Cesare Baronio. Conferenza tenuta il 4 Dicembre 1907 nel Seminario di Bergamo ricorrendo il terzo Centenario dalla Morte. Edizioni di Storia e Letteratura, Roma 1961.
Bernhard Schimmelpfennig: Das Papsttum. Grundzüge seiner Geschichte von der Antike bis zur Renaissance (= Grundzüge. Bd. 56). Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1984, ISBN 3-534-08355-5, S. 124–126.
Giuseppe Antonio Guazzelli: Cesare Baronio Or. I: Stefan Heid, Martin Dennert (utg.): Personenlexikon zur Christlichen Archäologie. Forscher und Persönlichkeiten vom 16. bis zum 21. Jahrhundert. Band 1: A – J. Schnell & Steiner, Regensburg 2012, ISBN 978-3-7954-2620-0, s. 120–122.