El 1 de mayo de 1600 fue contratado allí como bajo. Desde febrero de 1603 al 6 de diciembre de 1609 fue maestro di cappella de Santa María Maggiore, Roma. Después de una grave enfermedad en enero de 1606 no pudo seguir cumpliendo con sus obligaciones y para recuperar su salud se le concedió una licencia para ausentarse de Roma desde mayo a septiembre de ese año.

Desde 1610 trabajó en la Catedral de Benevento y desde 1614 fue director de música del cardenal Arrigoni en Roma. Desde el 1 de agosto de 1616 hasta el 31 de julio de 1620 fue maestro di cappella de San Luigi dei Francesi. El 13 de junio de 1620 era escogido como sucesor de Francesco Soriano, que se había retirado como maestro de la Cappella Giulia de San Pedro. Se hizo cargo del puesto en julio con un sueldo de sólo cinco scudi mensuales, mientras Soriano todavía recibía diez scudi; desde agosto de 1621, después de la muerte de Soriano, se le pagó el sueldo completo de 15 scudi. El 16 de febrero de 1626 fue despedido, probablemente porque se negó a tomar parte en un concurso público de composición con Paolo Agostini, que fue designado para sucederlo el día siguiente.

Según Vincenzo Giustiniani (Discorso sopra la musica), estuvo en Parma por un corto periodo en 1628, para el matrimonio del duque con Margarita de' Medici, hermana del gran duque de Toscana. Desde mayo de 1631 hasta su muerte fue de nuevo maestro di cappella de San Luigi dei Francesi. Orazio Benevoli estuvo entre sus alumnos. 

Aunque claramente arraigado en el  estilo polifónico del siglo XVI, la música de Ugolini estuvo influenciada también por las innovaciones que tuvieron lugar alrededor de 1600. En su primer libro de "Sacrae cantiones", la música para coro está a menudo entremezclada con pasajes para voz sola o pocas voces solas, y rápidamente realiza passaggi que predominan en las secciones de Alleluia. Los rasgos de este nuevo acercamiento estilístico están presentes en mayor diversidad en "Motecta sive sacrae cantiones" (Venecia, 1616). Los motetes solos en particular contienen extensos passaggi virtuosos de dificultad considerable,  requiriendo cantantes especializados para ejecutarlos (por ejemplo, el motete introito "Dies sanctificatus", con trinos dentro de extensas cadenas de escrituora de coloratura, y el motete "Congratulamini", con rápidas escalas y largos pasajes de coloratura que exigen amplio rango vocal).

El "Motecta sive sacrae cantiones" (Roma, 1619) contiene obras características del estilo de concierto de la música de iglesia romana de alrededor de 1620. Los contrastes rítmicos fuertes son creados por la alternancia de extensas secciones de coloratura y pasajes parlando, y por cambios frecuentes de medida.

El "Motecta et missae, liber secundus" (Roma, 1622), representa una simbiosis estilísticamente interesante del estilo del concertato moderno y la música polifónica en forma del arte anacrónico del canon. Estas obras son una significativa reflexión sobre la situación en Roma en ese momento, cuando Romano Micheli estaba animando la escena desde 1620 a 1650 con sus numerosas escrituras polémicas, e instando a sus contemporáneos a escribir composiciones canónicas. Ugolini emplea cánones casi exclusivamente para cuatro a 12 voces en los movimientos de Sanctus (el Osanna y Benedictus) de sus misas. La única excepción es la "Missa sopra il vago Esquilino", que también tiene un canon en el Agnus Dei.