Nel 1591 accettò l'invito del nobile Giovanni Mocenigo a recarsi a Venezia, affinché lo istruisse dell'arte della memoria e della magia. Da questi denunciato, fu prelevato alle tre di mattina da casa Mocenigo e incarcerato al Sant'uffizio di Venezia (dove abiurò
ed estradato a Roma nel 1593 per essere condannato al rogo. Se, infatti, l'Inquisizione veneziana fu alquanto mite, quella romana fu conosciuta sempre per la sua durezza.
Dopo altri sei anni di prigione, nel 1599 fu processato; il procedimento venne presieduto dall'inquisitore Cardinal Bellarmino. Rifiutando di abiurare le proprie convinzioni, Bruno fu dichiarato eretico, consegnato al braccio secolare l'8 gennaio 1600 e bruciato sul rogo in Campo dei Fiori (una piazza di Roma) il 17 febbraio di quello stesso anno