Im Konsistorium vom 26. September 1766 erhob ihn Clemens XIII. zum Kardinalpriester. Den Kardinalshut erhielt er am 30. September und die Titelkirche "Sant’Anastasia" am 1. Dezember desselben Jahres. Er war unter anderem Mitglied der Ritenkongregation und von Oktober 1767 bis zu seinem Tod Präfekt der Kongregation für Ablässe und die heiligen Reliquien. Ludovico Calini nahm am Konklave 1769 teil, das in die Wahl von Clemens XIV. mündete. Er stellte sich gegen diese Wahl und spielte unter dem Pontifikat Clemens’ XIV. keine kirchenpolitische Rolle. Am 4. März 1771 optierte er zur Titelkirche "Santo Stefano al Monte Celio". Vom 28. Februar 1774 bis zum 29. Januar 1776 war er Kämmerer des Heiligen Kardinalskollegiums. Beim Konklave 1774–1775, das Papst Pius VI. wählte, war er unter den Teilnehmern. Als Mitglied der Ritenkongregation sprach er sich am 20. Januar 1777 in der Kongregation gegen eine Seligsprechung von Juan de Palafox y Mendoza, Bischof von Osma, aus. Sein Votum erregte große Aufmerksamkeit und trug maßgeblich dazu bei, dass der Prozess, der dem spanischen Königshof ungemein wichtig war, abgebrochen wurde. Kardinal Calini untersuchte insbesondere den Brief von Palafox an Papst Innozenz X., der sich gegen die Gesellschaft Jesu richtete, und stellte hierbei den heroischen Tugendgrad von Palafox in Frage, da dieser widerwärtige Verleumdungen gegen die Jesuiten verbreitet hatte.