La seva carrera es desenvolupà a Roma, on el 1555 es feu càrrec de la direcció de la Cappella Giulia i succeí Palestrina, qui en morir Animuccia recuperà el lloc. La major part de la seva producció musical està vinculada a la litúrgia i, en certa manera, les seves darreres misses (publicades l’any 1567) són un dels millors reflexos dels postulats del concili de Trento pel que fa a l’atenció al text sense pèrdua dels valors musicals. Amb tot, els seus orígens florentins es deixen entreveure en les primeres publicacions: diversos llibres de madrigals publicats entre els anys 1547 i 1565, i en dos reculls de laudes devocionals en estil homofònic, publicats a Roma el 1563 i el 1570 respectivament, que compongué per a l’ús de l’Oratori de Felip Neri. Estigué personalment vinculat als cercles oratorians fins al punt d’esdevenir, un any abans de morir, mestre de capella de l’Oratori de San Girolamo. En vida publicà gran part de la seva obra i pot ser considerat el compositor més important i un dels més prolífics de la generació de Palestrina.