Im päpstlichen Konsistorium vom 18. Dezember 1591 ernannte Papst Innozenz IX. Bischof Sega zum Kardinalspriester. Sega hatte die Unterstützung von Wilhelm V., Herzog von Bayern, erhalten. Aufgrund seines Dienstes in Frankreich wurde ihm erst nach seiner Rückkehr eine Titelkirche zugewiesen, als er am 5. Dezember 1594 den Kardinalshut erhielt und Kardinalpriester von "Sant’Onofrio" in Rom wurde. Er nahm nicht am Konklave 1592 teil, welches Papst Clemens VIII. wählte.