Controlà de fet el govern de la república de Gènova i disposà d’una esquadra pròpia. Inicialment entrà al servei de Francesc I de França, però, per una sèrie de desavinences, es decantà cap al bàndol de Carles V (1528), que el nomenà príncep de Melfi (1531), marquès de Tursi, gran protonotari hereditari del regne de Nàpols (1555) i almirall de la flota espanyola a la Mediterrània. Fou un valuós ajut per a la política de Carles V, que a l’àrea mediterrània s’afrontava amb França i els turcs. El 1535 Doria dirigí una expedició a Tunis, i el 1541, una altra a Alger. El 1536 atacà el port de Marsella, i el 1538 fou derrotat pels turcs a Prevesa. La seva aliança amb Carles V li permeté de consolidar el seu poder a Gènova, i convertí els genovesos en els principals banquers i comerciants d’Espanya, superant els seus antics rivals, els catalans. Després de la pau de Crépy, signada entre Carles V i Francesc I, hagué d’afrontar problemes interns a Gènova, on una rebel·lió dirigida per Giovanni Luigi Fiesco havia provocat la mort (1547) del seu nebot i fill adoptiu Giovanni (dit Giannettino ) Doria. Controlà la situació i organitzà una repressió duríssima. A la mort de Carles V, continuà amb els mateixos lligams amb el seu fill Felip II. Deixà els seus estats a Gian Andrea Doria, fill de Giannettino.