Estudió matemáticas durante 1564 en la Universidad de Padua, donde se hizo amigo del gran poeta italiano Torquato Tasso.
Estudió matemáticas con Federico Commandino durante este período y se convirtió en uno de sus discípulos más fieles.
Mantuvo correspondencia con varios matemáticos, entre ellos Giacomo Contarini, Francesco Barozzi y Galileo Galilei.
Galileo, entonces un joven de 26 años, prometedor pero desempleado, había escrito un ensayo sobre el equilibrio hidrostático, que sorprendió a Guidobaldo por su genialidad.
Varios pintores, arquitectos y el escenógrafo teatral Nicola Sabbatini utilizaron este conocimiento geométrico en sus obras.