Figlio di Giovanni delle Bande Nere, nel 1537 divenne Duca di Firenze.
Nel 1569 fu nominato Granduca di Toscana. Studioso di cosmografia, commissionò
al monaco Egnazio Danti la realizzazione delle carte geografiche di tutte
le terre fino ad allora conosciute, che ancora oggi decorano la Sala delle
Carte di Palazzo Vecchio.
Sotto il suo patrocinio furono fondati l'Orto Botanico di Firenze e quello
di Pisa. A Cosimo I si deve la raccolta di meraviglie scientifiche che costituisce
il nucleo originario della collezione medicea conservata nel Museo di Storia
della Scienza.