Si forma a Bologna presso Innocenzo da Imola e risulta attivo, al seguito di Girolamo da Treviso, nei cantieri di Palazzo Doria e di Palazzo della Signoria a Genova. Nel 1539 sposa a Bologna Antonia de Bonardis, appartenente a una nota famiglia di tipografi bolognesi. Nel 1540 realizza Lo Sposalizio di Santa Caterina per il monastero di San Giovanni Battista, dove emerge l’influenza di Vasari, del Doceno e del Parmigianino, mentre nel 1542 collabora con Girolamo da Treviso agli affreschi con le Storie Romane per la facciata di Palazzo Torfanini. Tra il 1544 e il 1546 è a Roma, dove lavora al cantiere di Castel Sant'Angelo, dove probabilmente collabora con il Perino e affina il proprio stile decorativo secondo il modello di Primaticcio. Tra il 1547 e il 1548 è a Rimini e poi a Ravenna, dove rincontra il Vasari e il Doceno e dipinge l’Adorazione dei Magi (Gemäldegalerie, Berlino) e la Deposizione (Pinacoteca nazionale, Bologna). Del 1548 è il ritratto dell’Uomo con fanciullo, mentre del 1550 è la decorazione della Palazzina della Viola, a Bologna, con le Storie di Costantino e papa Silvestro. Sempre in questi anni Michelangelo lo presenta al papa Giulio III, dal quale ottiene l’incarico per un ritratto. Tra il 1550 e il 1553 si muove più volte tra Roma e Bologna. A Roma è impegnato nella fabbrica del Belvedere e nei cantieri di villa Giulia e Palazzo Firenze, mentre a Bologna firma la Disputa di Santa Caterina per la chiesa di Santa Maria del Baraccano e collabora con il Tibaldi alla decorazione della Cappella Poggi, nella chiesa di San Giacomo Maggiore (le Storie del Battista e gli Evangelisti), per la quale dipingerà anche un Battesimo tra il 1555 e il 1561. Alla morte di Giulio III Prospero rientra definitivamente a Bologna ed esegue il soffitto di una sala di Palazzo Bocchi, sede dell’Accademia Hermatena. Nel 1556, data di morte del Doceno, assume la direzione del cantiere di Palazzo Vitelli a Sant’Egidio, presso Città di Castello. Nel 1560 si reca invece in Francia e frequenta per breve tempo la Scuola di Fontainebleau. Tornato a Bologna lavora fino al 1562 agli affreschi con le Storie della Vergine nella Cappella del Legato. Tra il 1562 e il 1563 affresca il palazzo di Torquato Conti a Poli e il palazzo di Tiberio Crispo a Bolseria. Nel 1563 è a Firenze, dove aiuta Vasari per alcune tavole da porsi nella Sala Grande di Palazzo Vecchio. Ammesso all’Accademia Fiorentina delle Arti e del Disegno nel 1565. Conclusi i lavori a Palazzo Vitelli a Città di Castello, dove nel 1566 realizza la Sala degli Dei, torna a Bologna nel 1573 e vi dipinge l’Elemosina di Sant’Alessio per la chiesa di San Giacomo Maggiore (1573) e l’Annunciazione (1575), oggi alla Pinacoteca di Brera a Milano. Avendo deciso di lasciare la scena alla figlia Lavinia, anche lei pittrice, gli affreschi per la chiesa di San Pietro (1579) sono la sua ultima commissione pubblica importante. L’ultima sua opera conosciuta è la Deposizione dalla Croce (1593).