Nacque nel 1535 e iniziò il suo percorso di studi a Fermo entrando molto giovane nell'ordine Agostiniano.
Approfondì e studiò teologia e filosofia all'Università di Bologna e poi presso una delle più prestigiose Università delle Marche, quella di Macerata, conseguendo il dottorato in Teologia. Nello stesso ateneo insegnò dal 1578 in poi.
La sua fama di insigne studioso si era già notevolmente estesa arrivando alle orecchie delle più alte cariche pontificie tanto che Papa Sisto V lo nominò padre superiore degli Agostiniani nel 1587.
Già nel 1588 ebbe l'incarico di Commissario Apostolico in Spagna.
La porpora cardinalizia arrivò al suo ritorno a Roma, durante il concistoro del 20 dicembre del 1589. Nel marzo del 1560, Petrocchini divenne il Cardinale protettore degli Agostiniani.
Partecipò a diversi conclavi che si svolsero negli anni tra la fine del 1500 e i primi del 1600. Fu protagonista nella vita religiosa dello stato pontificio e ricoprì il prestigioso impegno di Camerlengo di Santa Romana Chiesa dal 7 gennaio 1605 all' 8 gennaio del 1607.
Altre cariche lo attendevano: fu nominato Cardinale-prete di Santa Maria in Trastevere prima, e di San Lorenzo in Lucina poi. Divenne anche Cardinale-vescovo di Palestrina.
Morì a Roma il 19 maggio del 1612 all'età di 77 anni.