Zwany był potocznie da Cortona, gdyż pochodził z toskańskiego miasta Cortony, gdzie jego osiadła od pokoleń rodzina wydała wielu cenionych kamieniarzy i budowniczych. Talent chłopca został wcześnie rozpoznany, toteż wysłano go na nauki do pochodzącego z Florencji, a czasowo przebywającego w Cortonie mistrza Andrei Commodiego. Znajomość z pochodzącym również z Florencji, a zamieszkałym w Rzymie członkiem bankierskiej rodziny Marcello Sacchettim, zaowocowała wprowadzeniem młodzieńca na rzymskie salony. To dla niego Pietro stworzył swe pierwsze wybitne dzieła, między innymi Porwanie Sabinek. Dla rodziny Sacchettich wykonał też dziesięć portretów, między innymi kardynała Giulia Sacchettiego, który z kolei zapoznał go w 1624 roku z największymi mecenasami tamtych czasów – członkami rodu Barberinich, w tym z wybitnym fundatorem i mecenasem – papieżem Urbanem VIII. Ten powierzył da Cortonie zaszczytną pracę – stworzenie we właśnie modernizowanym przez siebie kościele Santa Bibiana fresków, których tematem była Historia św. Bibiany. Kolejne zlecenie nie dało na siebie długo czekać. Tym razem da Cortona podjął się pracy nader zaszczytnej – wykonania fresków prywatnej natury, ale o królewskim wręcz rozmachu. Od 1633 roku malarz został zatrudniony w Palazzo Barberini – rodowej siedzibie ówczesnych niepodzielnych władców Państwa Kościelnego – do wymalowania sklepienia w Salone Grande (Triumf Opatrzności Bożej). Malowidło to wydawało się w pełni odpowiadać oczekiwaniom i wielkim ambicjom Barberinich. Nikt dotąd nie uzyskał tak doskonałej iluzji przestrzeni, tak po mistrzowsku nie oddał perspektywicznych skrótów i nie nasycił przestrzeni żywym, świetlistym kolorem. O ile wcześniejsze malowidła da Cortony zdradzały jeszcze manierystycznego ducha, rodem z Florencji, o tyle te późniejsze przybrały bardziej klasyczne formy. Malarz prezentuje w nich bogactwo rozwiązań kompozycyjnych oraz umiejętność budowania dużych grup postaci.

Praca nad wielkim freskiem w Salone Grande przeciągnęła się ze względu na podróż artysty do Florencji, gdzie podjął się prac dla wielkiego księcia Toskanii, Ferdynanda II Medyceusza, w jego Palazzo Pitti. W tym czasie wybrał się też do Wenecji, gdzie dane mu było bliżej poznać freski, a przede wszystkim skróty perspektywiczne stosowane tam przez Paolo Veronesego oraz legendarną kolorystykę Tycjana. Jednakże gdy tylko dotarła do niego wieść, że jego uczniowie próbują wykorzystać nieobecność mistrza, czym prędzej powrócił do Rzymu i ostatecznie w 1639 roku dokończył swe dzieło. I dopiero wtedy powtórnie wyjechał do Florencji.

Do Wiecznego Miasta powrócił w 1647 roku i pozostał w nim aż do śmierci. Na stolcu Piotrowym zasiadł tymczasem papież Innocenty X, który podobnie jak jego poprzednik w pełni umiał docenić talent malarza. Dowodem tego było powierzenie mu wykonania wielkiego dzieła nobilitującego tym razem ród Pamphilj, z którego wywodził się nowy biskup Rzymu.  W 1651 roku da Cortona rozpoczął prace nad freskiem sklepienia w głównej sali Palazzo Pamphilj. Trzy lata później zakończył gigantyczne malowidło zatytułowane Historia Eneasza.  W tym czasie stał się wiodącym malarzem rzymskim, kupił dom i odrzucił zaproszenie na hiszpański dwór Filipa IV, które przekazał mu rezydujący w tym czasie w mieście Diego Velázquez.

Drugim polem zainteresowań da Cortony była architektura, której poświęcał się z równą pasją co malarstwu, choć należy przyjąć, że był na tym polu samoukiem. Jego budowle charakteryzowały się plastycznym wykorzystaniem kolumn w partii fasady, jak również jej „poruszoną”, wychodzącą do przodu, często wybrzuszoną formą (Santa Maria della Pace). Bardzo często zapomina się, że to właśnie da Cortona, obok Gian Lorenzo Berniniego i Francesca Borrominiego, należał do najbardziej docenianych architektów połowy XVII stulecia w Rzymie, a budowle tych trzech gigantów wskazują na wzajemne oddziaływanie i artystyczne inspiracje. Architektoniczny talent da Cortony docenił kolejny papież, dla którego dane mu było pracować – Aleksander VII z rodu Chigi. Dowodem uznania było obdarzenie artysty tytułem szlacheckim.

Jednej budowli poświęcił da Cortona szczególnie dużo czasu. Był nią znajdujący się pod patronatem Akademii św. Łukasza (Accademia di San Luca) kościół Santi Luca e Martina. Jako principe (przewodniczący) akademii, która pod auspicjami Barberinich stała się znaczącą uczelnią artystyczną, malarz pragnął być pochowany w tymże kościele. Przeznaczył odpowiednie środki na przebudowę jego dolnej części, gdzie miał spocząć, a od 1634 roku, czyli od momentu objęcia kierownictwa nad akademią, corocznymi datkami wspomagał świątynię. Gdy w trakcie wspomnianych prac nad tą dolną częścią odnaleziono szczątki św. Martyny, przybytek ten postanowiono przeznaczyć na kościół poświęcony tejże świętej, a da Cortona przyczynił się do tego zarówno w wymiarze artystycznym, jak i finansowym. Jemu też kardynał Francesco Barberini powierzył gruntowną przebudowę górnej partii kościoła.

W ostatnich lata życia da Cortona zmagał się artretyzmem, który w dużej mierze uniemożliwiał mu pracę. Wielokrotnie nie był w stanie przyjąć napływających zleceń lub powierzał je swym licznym uczniom. W przygotowanym testamencie zapisał swój niemały majątek kościołowi Santi Luca e Martina, w którego krypcie spoczął. Miejsce jego pochówku upamiętnia inskrypcja oraz popiersie.

Niektóre z dzieł Pietra da Cortony w Rzymie:

• Palazzo Mattei di Giove

Freski Historia Salomona (1623)

• Kościół Santa Bibiana

Fresk w lewej nawie kościoła – Historia św. Bibiany (1626)

• Musei Capitolini – Pałac Konserwatorów

Zwycięstwo Aleksandra Wielkiego nad Dariuszem (1650)

Pinacoteca Capitolina

Rydwan Wenus (Aurory) (ok.1622)

Madonna z Dzieciątkiem (kopia według obrazu Tycjana) (ok. 1625)

Portret Urbana VIII (1627)

Porwanie Sabinek (1629)

Triumf Bachusa (ok.1625)

Ofiara Polikseny

• Galleria Borghese

Portret Marcello Sacchettiego (ok. 1626)

• Kościół San Lorenzo in Miranda

Męczeństwo św. Wawrzyńca w ołtarzu głównym (1626)

• Kościół San Salvatore in Lauro

Adoracja Dzieciątka przez pasterzy (1626)

• Galleria Nazionale d'Arte Antica, Palazzo Barberini

Fresk Triumf Opatrzności Bożej (1633–1639)

Projekt kaplicy pałacowej

Villa Sacchetti a Castelfusano (weduta)

• Bazylika San Pietro in Vaticano

Ołtarz główny (Trójca Święta) w kaplicy Świętego Sakramentu i dekoracja sklepienia w stiuku

• Musei Vaticani

Dekoracja malarska kaplicy papieża Urbana VIII

Madonna ze św. Franciszkiem

• Palazzo Pamphilj

Fresk ukazujący sceny z Eneidy – Historia Eneasza (1654)

• Kościół Santa Maria in Vallicella (zwany też Chiesa Nuova)

Centralny fresk stropu ukazujący Wizję św. Filipa Nereusza, malowidło kopuły, wizerunki proroków w żagielkach kopuły (1660), zwieńczenie absydy i freski w nowej zakrystii

• Kościół San Carlo ai Catinari

Ołtarz główny – Św. Karol Boromeusz prowadzący procesję (1667)

Najważniejsze budowle i obiekty architektoniczne da Cortony:

• Kościół Santi Luca e Martina (1656) – modernizacja wnętrza, nowa fasada, kopuła
• Fasada kościoła Santa Maria della Pace i aranżacja placyku przed kościołem (1657–1667)
• Fasada kościoła Santa Maria in Via Lata (1662)
• Projekt kopuły kościoła San Carlo al Corso (1668)
• Projekt kaplicy Gavottich w kościele San Nicola da Tolentino (ukończona przez uczniów po śmieci da Cortony)