Nació en Oneglia. Huérfano desde temprana edad, se dedicó a la carrera de las armas, y fue soldado de varios príncipes italianos; como tal, le correspondió luchar contra el Gran Capitán y contra César Borgia. A partir de la batalla de Ravena en 1512, orientó sus combates a favor de Génova para liberarla de las fuerzas francesas, y lo logró. Inducido por el saco de Roma a manos de los imperiales, en 1522 ofreció sus servicios a Francia y en 1527 ocupó en su nombre Génova. Pero el monarca francés Francisco I lo desairó y en general maltrató a los genoveses al tiempo que favorecía las ambiciones comerciales del puerto rival de Savona. Doria, que se encontraba entonces bloqueando el puerto de Nápoles al servicio de Francia, fue persuadido de pasarse al lado del rey español Carlos V, quien le prometió otorgar la libertad a Génova. Su intervención en esta empresa varió la fortuna de la guerra y los franceses fueron derrotados.
Vencido y apresado Francisco I en Pavía, Doria pasó al servicio del papa Clemente VII. Cuando Roma cayó en manos españolas y Clemente fue sitiado en Saint Angelo, el almirante genovés entró nuevamente al servicio de Francia y logró vencer en Génova, donde, en el campo político, restableció la República sobre nuevas bases, terminó con las antiguas facciones rivales, modificó en sentido aristocrático la constitución y se empeñó en lucha a muerte con el pirata turco Khair-ad-din, Barbarroja . Arbitro indiscutible de Génova, fue proclamado Libertador y Padre de la Patria , y Carlos V lo nombró conde de Melfi.
Continuó la serie de sus grandes hechos navales y militares: expedición contra los turcos; ocupación de Túnez en 1538; salvamento de los tercios españoles en Argel en 1541; y las victorias en Prevesa, Tolón y Niza. Incansable en su actividad, con más de noventa años se apoderó de Córcega. Ya viejo y sin herederos directos, transfirió sus riquezas y dignidades a un sobrino nieto. Nunca mermó la autoridad de que gozaba.
Falleció en Génova.