Nació en el seno de una familia acomodada, hijo del abogado Cherubino y de Ángela Ghigi. En 1860 la familia se trasladó a Bolonia, donde Pellegrino estudió medicina. Posteriormente se trasladó a la Universidad de Roma y en 1873 obtuvo la licenciatura en medicina.
Deseoso de conocer nuevas poblaciones y nuevas regiones, en 1877 realizó su primer viaje a África, realizando exploraciones en Sudán acompañado de Rómulo Gessi, su conciudadano y conocido explorador. Tras los estudios que realizó sobre la naturaleza de estas regiones, en 1879 publicó su primera obra, Sudan e Gallas.
Ese mismo año, la Sociedad de Exploración le propuso realizar otro viaje por Etiopía, para investigar las posibilidades comerciales de la región. Obtuvo el apoyo de la Sociedad Geográfica Italiana y la participación del gobierno, lo que le permitió incorporar a Gustavo Bianchi y Alfonso Maria Massari, oficial de marina y experto en topografía. También participó en la expedición el viajero milanés Giuseppe Vigoni.[1]
Partió del puerto eritreo de Massawa, cruzó el Tigray y otras regiones de Etiopía, y llegó hasta el lago Tana. El relato de esta empresa se publicó póstumamente en 1888, en la obra In Abissinia.
De regreso a Italia, permaneció allí por un corto tiempo hasta que en febrero de 1880, en compañía del príncipe Giovanni Borghese, su amigo y mecenas, inició un viaje hasta entonces no intentado: la travesía de África desde el Mar Rojo hasta la desembocadura del río Níger en el Atlántico. Se trataba de atravesar África por su parte más larga, 4.600 kilómetros a lo largo de los paralelos.[2]
Junto a Massari, empezó en 1880 la travesía de África partiendo de Suakin. Llegó a Jartum en el Sudán y prosiguió a través de Kordofán, Darfur, Bornú y Kanem, hasta llegar al Níger. Siguió hacia el reino Nupe, en el que ya empezaban a enfrentarse las civilizaciones europeas y nigerianas. Finalmente, llegó a Akassa, en el golfo de Guinea, en julio de 1881.[2]
Regresó a Londres, donde murió el 8 de agosto por la malaria contraída durante la misión, y sin llegar a cumplir los treinta y un años.
