Lomellini, der aus dem gleichen Geschlecht wie Kardinal Giangirolamo Lomellini stammte, wurde am 12. März 1565 von Papst Pius IV. zum Kardinal erhoben. Mitte Mai desselben Jahres erhielt er mit dem Empfang des Kardinalshutes die Ernennung zum Kardinaldiakon von "Santa Maria in Aquiro" und wurde im Juli 1565 zum Bischof von Ventimiglia ernannt, wechselte aber wenige Monate später auf den Sitz von Luni-Sarzana. Noch im September desselben Jahres wurde er auf seine Bitte hin zum Kardinalpriester von "Santa Sabina" erhoben. Kardinal Clemente Dolera spendete ihm am 21. November 1565 die Bischofsweihe. Kurz darauf nahm er am &lt;a href="Konklave%201565%E2%80%931566"&gt;Konklave von 1565/1566&lt;/a&gt; teil, aus dem Pius V. als neuer Papst hervorging. 1571 war Kardinal Lomellini Legat. 1572 wurde er auf den Bischofssitz von Anagni versetzt und nahm am Konklave desselben Jahres teil, das Gregor XIII. zum Papst wählte.