Seit 1727 Erzbischof von Ancona, wurde er am 30. April 1728 von Papst Benedikt XIII. zum Kardinal erhoben. Ihm wurde die Titelkirche Santa Croce in Gerusalemme zugewiesen; 1731 wurde er Erzbischof seiner Heimatstadt Bologna. Dort orientierte er sich bei seiner Amtsführung am heiligen Karl Borromäus. Am 17. August 1740 wurde der bedeutende Kirchenjurist und Historiker, der ursprünglich nicht zu den "papabili" zählte, nach schwierigem, über ein halbes Jahr dauerndem Konklave zum Papst gewählt. Aus Verbundenheit zu Benedikt XIII., der ihn zum Kardinal kreiert hatte, nahm Kardinal Lambertini den Papstnamen Benedikt XIV. an.