Den 12. mars 1565 opphøyde pave Pius IV biskop Santacroce til kardinalprest og han fikk i februar året derpå San Girolamo dei Croati som tittelkirke. Kardinal Santacroce deltok i konklavet i 1572, som valgte Gregor XIII til ny pave, og i konklavet i 1585, som valgte Sixtus V. I 1589 ble Santacroce kardinalbiskop av Albano.