Figlio di Ferdinando II (1610-1670), successe al padre nel 1670. Il suo regno, caratterizzato da accentuata pressione fiscale che ne accelerò l'impoverimento, e dominato, soprattutto negli ultimi anni, dal problema della successione, vide attenuarsi progressivamente la promozione e l'incoraggiamento della tradizione scientifico-filosofica galileiana. Questo mutato atteggiamento è stato a lungo considerato la conseguenza dell'influenza esercitata sul Granduca da consiglieri bigotti. Più probabilmente, sotto il regno di Cosimo venne a maturazione un processo di involuzione della ricerca scientifica in Toscana che aveva iniziato a manifestarsi fin dagli anni Cinquanta del Seicento.