Im Konsistorium vom 14. Januar 1664 wurde Giacomo Filippo Nini "in pectore" zum Kardinal ernannt, dies wurde am 15. Februar 1666 öffentlich bekanntgemacht. Am 15. März desselben Jahres erhielt er den Kardinalshut und die Titelkirche "Santa Maria della Pace". Er nahm am Konklave von 1667 teil, in dem Clemens IX. zum Pontifex gewählt wurde, und erneut am Konklave von 1669–1670, in dem Clemens X. gewählt wurde. Er nahm erneut am Konklave von 1676 teil, in dem Innozenz XI. gewählt wurde. Am Ende dieser Konklaven wurde er am 9. Januar 1679 zum Kämmerer des Heiligen Kardinalskollegiums gewählt und blieb bis zum 8. Januar 1680 im Amt.