Papst Urban VIII. kreierte ihn im Konsistorium vom 19. November 1629 zum Kardinaldiakon. Den Kardinalshut und die Titeldiakonie "San Cesareo in Palatio" erhielt Giangiacomo Teodoro Trivulzio am 17. Dezember desselben Jahres. Am 2. Juni 1631 wurde er zum Legat in den Marken ernannt. 1638 war er Generalgouverneur der Miliz des Herzogtums Mailand und Superintendent der Festungen. 1642 wurde er Grande von Spanien (erster Klasse) sowie Generalkapitän und Vizekönig von Aragón. Er nahm am Konklave 1644 teil, das Papst Innozenz X. wählte. Am 17. Oktober 1644 wechselte er zur Titeldiakonie "San Nicola in Carcere" und am 12. Dezember 1644 zu "Sant’Angelo in Pescheria". Er war von 1647 bis 1649 Präsident und Generalkapitän des Königreichs Sizilien und 1649 Vizekönig von Sardinien. Zur Titeldiakonie "Sant’Eustachio" wechselte Kardinal Trivulzio am 23. September 1652 und am 21. Juli 1653 zu der von "Santa Maria in Via Lata", in demselben Jahr wurde er Kardinalprotodiakon. Er nahm am Konklave 1655 teil, aus dem Alexander VII. als Papst hervorging. Am 14. Mai 1655 wurde Giangiacomo Teodoro Trivulzio zum Kardinalpriester erhoben und erhielt die Titelkirche "Santa Maria del Popolo". Vom 2. Dezember 1655 bis zu seinem Tod war er Gouverneur und Generalkapitän des Herzogtums Mailand.