A la mort del seu germà gran, Francesc I de Mèdici, ocorreguda l'octubre de 1587, fou nomenat hereu i successor, esdevenint Gran Duc de Toscana. Oposat al su germà, fou accessible i generós i governà d'indulgent, restablint el sistema judicial i preocupant-se sincerament pel benestar dels seus súbdits. Durant el seu govern, Toscana va ressuscitar i va recuperar la independència perduda davant el sotmetiment al Sacre Imperi Romanogermànic.
Ferran I va fomentar el comerç i va obtenir grans riqueses a través dels bancs dels Mèdici, que estaven presents en les majors ciutats d'Europa. Va promulgar un edicte de tolerància vers els jueus i els heretges, de manera que Livorno va esdevenir un port d'acollida dels jueus espanyols, expulsats de la península Ibèrica el 1492, així com per a altres forasters perseguits. Va millorar el port d'aquesta ciutat, que el seu pare havia construït, alhora que va desviar part del curs del riu Arno en un canal anomenat Naviglio, a través del qual va estimular el comerç entre Florència i Pisa. Va fomentar un projecte d'irrigació a la Val di Chiana, que va permetre conrear les planes de prop de Pisa i Fucecchio, així com a la Val di Nievole.
Pel que fa a la seva política exterior, va intentar alliberar Toscana de la dominació espanyola. Després de l'assassinat d'Enric III de França el 1589, va donar suport al futur Enric IV de França en les seves disputes amb la Lliga Catòlica. Ferran I va deixar diners al rei francès i, juntament amb el papaGregori XIII, fou un dels principals instigadors de la seva conversió al catolicisme. La relació entre els dos posteriorment es refredà, esforçant-se Ferran I a mantenir la seva independència. Va donar suport a Felip II de Castella en la seva campanya a Algèria, i al Sacre Imperi Romanogermànic contra l'amenaça dels turcs otomans. Va obtenir finalment el reconeixement oficial de la seva possessió sobre Siena, ciutat que el seu pare havia conquistat.
També va enfortir la flota toscana, assistint a importants victòries sobre els pirates berberiscos (1607), i vencent a una flota superior dels otomans a l'any següent.
.svg){kind=small}
