Né à Volterra [1], il est connu pour sa participation à l’œuvre de Michel-Ange. Plusieurs des œuvres importantes de Volterra se basent sur des dessins de Michel-Ange, et après la mort de celui-ci, il recouvre les parties génitales des personnages du Jugement Dernier par des repeints de pudeur, ce qui lui fait gagner le surnom de Il Braghettone [2].
Il commence tôt ses études artistiques avec les Siennois Sodoma et Baldassare Peruzzi , mais les quitte car il est en désaccord avec eux.
Il est probable qu’il accompagne Peruzzi à Rome en 1535 et qu’il l’aide à peindre les fresques du Palazzo Massimo alle Colonne [3]. Il devient ensuite élève de Perin del Vaga .
De 1538 à 1541 il assiste Perin aux fresques de la villa du cardinal Trivulvives à Salonia, à la chapelle Massimi de la Trinité-des-Monts [4] et à la chapelle de la Crucifixion à San Marcello al Corso [5]. On lui commande d’autres fresques dans le grand salon du Palazzo Massimo, d’après la vie de Quinto Fabio Máximo.
Il commence à travailler avec Michel-Ange. Celui-ci devient son ami, et use de son influence sur le pape Paul III pour obtenir à Volterra des charges et le poste de super-intendant des œuvres vaticanes, charge qu’il conserva jusqu’à la mort du pape.
Michel-Ange lui fournit des ébauches et des dessins, à partir desquels Da Volterra crée quelques-unes de ses peintures, comme ses fresques à la chapelle Orsini à la Trinité des Monts, achevées en 1541, et son tableau à double face David et Goliath.
Proche de Michel-Ange, il est appelé à son chevet alors qu’il agonise, et recueille ses dernières volontés. Enfin, c’est lui qui dresse l’inventaire de ses biens.
Il reçoit ensuite la charge d’achever la Salle royale pour Paul III. À la mort de celui-ci en 1549, il perd la charge de super-intendant et la pension correspondante. Il meurt à Rome en 1566.
D’après son testament, il était en possession du genou de marbre de la jambe manquante du Christ de la Pietà aux quatre figures de Michel-Ange.
L’œuvre la plus connue de Volterra est sa Descente de Croix, réalisée d’après ébauches de Michel-Ange à la Trinité des Monts autour de 1545