Gregorio nació en Venecia el 16 de septiembre de 1625 de noble familia originaria de Istria. Su padre, Gianfrancesco, fue para él un auténtico maestro de vida y de ciencia y hasta de espiritualidad, y de él aprendió la costumbre de rezar todos los días el oficio de la Virgen.

   Después de haberse graduado en Padua el 25 de septiembre de 1655, fue ordenado sacerdote el 21 de diciembre siguiente, y a los dos meses se trasladó a Roma por invitación de Alejandro VII, que lo había conocido en Münster, a donde Barbarigo había ido como secretario del embajador de Venecia para el congreso de paz de Westfalia. Quería una comida sobria, pero muchos libros para alimentarse intelectualmente. En Roma lo sorprendió la epidemia de la peste: "Al principio sentía tanto miedo que me parecía morir"; pero aceptó el puesto de organizador de sanidad pública, y se demostró activísimo y valiente.

   Cuando lo nombraron obispo de Bérgamo, hizo su entrada en privado el 27 de marzo de 1658. Puso su esmero sobre todo en las escuelas cristianas y en la formación de los candidatos al sacerdocio. En 1660 fue nombrado cardenal, y a los cuatro años elegido para la importante sede episcopal de Padua. Concluía un programa pastoral así: "El ver ciertas ocasiones de escándalos, de pecados, sin saber qué camino coger: estos, hermanos, son mis angustias, mis males, estas mis lágrimas".

   En las frecuentes visitas pastorales a las 320 parroquias, el infatigable obispo se mezclaba con los bulliciosos niños para explicarles el catecismo. Su preocupación principal fue la formación de los seminaristas. Vendió todos los objetos de plata del palacio y compró un viejo monasterio que transformó en seminario; después no ahorró gastos con tal de llevar profesores de Milán y hasta del extranjero.

   Todos los días iba a estar con los alumnos, porque, como le escribió al gran duque Cósimo III, "el seminario es un poco de descanso, o por decir mejor el único descanso que encuentro entre las espinas del gobierno episcopal". En los dos últimos conclaves en los que participó casi resulta elegido Papa. A fines de mayo de 1697 salió para su última visita pastoral. Murió el 18 de junio de ese mismo año, con merecida fama de Santo.