Se formó en el colegio de los jesuitas de Cesena y posteriormente se doctoró en derecho en la Universidad de Ferrara. Fue ordenado sacerdote en 1755 y ocupó diversos cargos en la curia eclesiástica, el más importante el de tesorero general de la Cámara Apostólica (1766). En 1755 y con ocasión de su nombramiento como canónigo de la Basílica de San Pedro, renunció a su título de conde de Falcino.
En 1773 fue nombrado cardenal del título de San Onofrio y abad comendatario del monasterio camaldulense de San Gregorio al Celio y del benedictino de Subiaco.
En el cónclave que siguió a la muerte de Clemente XIV, celebrado en Roma, resultó elegido papa. Era el 15 de febrero de 1775. Puesto que aún no era obispo, fue inmediatamente consagrado por el cardenal Gianfrancesco Albani, decano del Sacro Colegio Cardenalicio, y luego coronado papa por el cardenal Alessandro Albani, protodiácono de Santa Maria in Via Lata.
Los territorios franceses de jurisdicción pontificia -el condado Venesino y Aviñón - que habían sido devueltos a Clemente XIV por Luis XV iban a durar muy poco en poder de sus titulares, los papas. Fue a Pío VI a quien le tocó vivir el proceso revolucionario francés; cargado éste de anticlericalismo, el papa no pudo sino denunciar las actuaciones del régimen revolucionario y condenar la persecución religiosa a que fueron sometidos los cargos eclesiásticos. Las posesiones de la iglesia en Francia fueron confiscadas. Y lo peor estaba por llegar. Pío VI se sumó a la coalición de las potencias conservadoras europeas contra la Francia revolucionaria, por lo que se constituyó en objetivo militar del Directorio. En 1797 Napoleón Bonaparte invadía Italia y, al año siguiente, las tropas francesas que mandaba el general Louis Alexandre Berthier entraban en Roma. Unidos a los franceses los revolucionarios italianos exigieron del papa la resignación de su soberanía temporal. No sirvió de nada su falta de consentimiento; de todos modos se declaró la República Romana y el papa fue apresado, recluido en Siena, luego en la Cartuja de Florencia y, finalmente, deportado a Valence-sur-Rhône, Francia, en calidad de prisionero de Estado.
Falleció en Valence-sur-Rhône, Francia, el 29 de Agosto de 1799. Permaneció insepulto hasta febrero del año siguiente, que lo enterraron en el cementerio local de Valence. En 1802 sus restos fueron trasladados a las grutas vaticanas de Roma.
Este Papa está vinculado con la Hermandad estepeña de Jesús Nazareno a través de la Bula Pontificia que firmó en 1781 declarando altar privilegiado al de Ntro. Padre Jesús Nazareno en la Iglesia Parroquial de San Sebastián de Estepa.
El Blasón Heráldico de Pio VI es el siguiente: