През 1596 г. папа Климент VIII го изпраща като легат във Франция, където кралица е друга известна Медичи – Мария. Алесандро е приятел и последовател на Филип Нери.
На 14 март 1605 година, 11 дни след смъртта на папа Климент VIII, 62 кардинали започват избори на нов папа (конклав). Сред по-известните кандидати са големия историк Цезар Бароний и прочутия йезуит кардинал Белармайн. На 1 април1605 г. на 70-годишна възраст Алесандро се възкачва на папския трон под името Лъв XI. Скоро след коронацията – след по-малко от месец – се разболява и умира.