Germà del també compositor Giovanni Francesco Anerio. Es formà a Roma on, entre el 1568 i el 1580, fou escolà de cant i després cantor assalariat. Formà part dels cors de Santa Maria Maggiore i de la Cappella Giulia, i fou mestre de capella al Collegio degli Inglese. En morir Palestrina el 1594, el papa Climent VIII el nomenà mestre de capella del cor papal. Els anys 1611 i 1612 participà amb Francesco Soriano en la reforma del gradual romà. Abans d’ocupar el càrrec papal cultivà la música profana en llengua vernacla, i publicà diversos reculls de madrigals, alguns dels quals espirituals, i de canzonette. La seva obra, però, fou essencialment religiosa, àmbit en el qual seguí un estil molt proper al de Palestrina i l’Escola Romana. Escriví diverses misses, motets, salms, magníficats, himnes i altres obres dedicades al culte diví. Cap al final de la seva carrera, feu esforços per a adaptar-se a les noves propostes musicals de l’estil modern sense abandonar mai, però, l’escriptura rigorosa que el caracteritzà. Una de les seves obres més reeixides són els Responsoris de Setmana Santa a quatre veus (1606).