Palestrina var trolig født i byen med samme navn nær Roma. Den korte veien til den kristne kirkes vugge førte ham til Santa Maria Maggiore -kirken som korgutt. Der kom han i nærkontakt med musikk av de flamske komponistene Dufay og Josquin og deres imiterende polyfoni. Senere ble han organist i sin hjemby før han ble leder for pavens kor i St. Peterskirken i 1551 under pave Julius III. Etter dette holdt han seg i Roma og ble musikkens nummer én i romerkirken.
Palestrina holdt seg stort sett til sin oppgave som kirkemusiker. Han skrev over 100 messer, over 140 madrigaler og 300 motetter og en rekke andre liturgiske verk.
Hans musikk ble grunnlaget for den framtidige lære innen kontrapunkt som i barokken ble kalt prima pratica. Det var komponisten Johann Joseph Fux som i boken Gradus ad Parnassum (1725) systematiserte Palestrinas komposisjonsteknikk og formet den til en lærebok for studenter i komposisjon. Stilen heter fremdeles
.