Ha le sue prime esperienze marittime agli ordini di Gentile Virginio Orsini.

Cognato di Piero Strozzi affianca il congiunto nelle sue imprese in Francia.

E’ nominato castellano di Civitavecchia e gli è dato il comando della flotta pontificia. Ha ai suoi ordini 15 galee (delle quali 4 sono di proprietà di Piero Strozzi). Con tali navi sorveglia i litorali laziali e sostiene l’approvvigionamento di Roma.

Viene attaccato a metà mese in Civitavecchia dagli imperiali e dai fanti toscani provenienti da Porto Ercole.

Si dà alla guerra di corsa per conto dei pontifici. Compie una scorreria davanti ad Alessandria (Al Iskandariyah);  svaligia il galeone veneziano “Briconi” all’altezza di Capo Celidonio (Karatas Burun). Cattura qualche passeggero ebreo e si appropria di un bottino di 12000 ducati; a Flaminio Orsini, secondo gli accordi, ne spetta la quarta parte.

Alla morte del papa Paolo IV il collegio dei cardinali gli riconferma il comando della flotta. E’ inviato contro Tripoli, base del Dragut. Si congiunge a Messina con i collegati; ha ai suoi ordini 3 galee. Come capitano generale della flotta viene nominato il viceré di Sicilia, don Giovanni de la Cerda duca di Medinaceli.

Prende parte con 4 galee alla spedizione organizzata per la riconquista di Tripoli comandata da Giovanni Andrea Doria (16 galee). Nella campagna sono pure coinvolti Sancho di Leyva, capitano delle galee di Sicilia (7), Stefano di Mare (2), Berenguer di Requesens, capitano delle galee di Sicilia (10), (di cui 2 appartenenti al marchese di Terranuova, 2 ai Grimaldi di Monaco e 2 a Vincenzo Cicala), Niccolò Gentile con 4 galee del granducato di Toscana, Carlo de Tixeres con 4 galee, una galeotta ed un galeone dell’ordine gerosolomitano. Viene costruito un forte a terra nell’isola di Gerbe (Djerba). Il generale delle galee di Malta, dal momento che l’impresa non si evolve nell’attacco a Tripoli come da obiettivi iniziali, lascia Djerba con i suoi 1000 uomini; nelle galee di quest’ultimo sono evacuati molti soldati ammalatisi per una pestilenza comparsa nel campo.

Alla notizia dell’arrivo della flotta ottomana con Giovanni Andrea Doria cerca di spingere il duca di Medinaceli a salpare subito dall’isola di Djerba dove è ancorata la flotta spagnola. L’armata turca sorprende nella rada la flotta cristiana. Occhiali, che comanda l’avanguardia, assale le galee confederate. La flotta del Medinaceli viene disfatta con la perdita di 20 galee e di 14 vascelli. Flaminio Orsini si difende con valore; la sua galea è una delle più veloci ad uscire dalla rada. Si muove in soccorso della galea maltese di Gil d’Andrade. La vela si gonfia fino a lacerarsi; si spezza a metà l’albero di maestro sotto lo sforzo violento e prolungato. Cade la penna sulla fiancata sottovento e falcia un gran numero di remi; anche il timone rimane impigliato nei suoi movimenti dalle vele cadute. Flaminio Orsini continua a difendersi invece di dare il segnale della resa proteggendo in tal modo la ritirata alla galea di Gil d’Andrade; muore in combattimento per un colpo di artiglieria. Il cadavere viene decapitato; la sua testa sarà issata su una picca e verrà conservata dai corsari barbareschi per dieci anni. Alla vista della sua morte, un suo paggio, pur di non cadere prigioniero ed essere ridotto in schiavitù, preferisce gettarsi in mare e morire affogato. I corpi dei difensori sono gettati in mare; la capitana pontificia è presa a rimorchio e condotta all’isola di Djerba. I turchi, per dare lustro alla loro vittoria e tramandarne il ricordo alle generazioni future eleveranno sul luogo dove sorgeva il forte conquistato mesi dopo agli spagnoli, una piramide interamente composta di crani e d’ossa dei cristiani uccisi. L’ossario scomparirà nel 1846 su richiesta del console generale di Francia a Tunisi. La galea pontificia comandata da Flaminio Orsini sarà riconquistata dieci anni dopo da Ruggero Oddi nella battaglia di Lepanto (Navpaktos).