San Girolamo prega davanti a un crocifisso mentre digiuna nel deserto. Si batte il petto con una roccia in un atto di penitenza. L'attributo comune di San Girolamo, il teschio, è tracciato nella pietra accanto ai suoi piedi. Il pittore ha sostituito la caratteristica tunica rossa di Girolamo con degli indumenti classici. Rappresentando il santo con un corpo maschile idealizzato, Agostino si colloca nella stirpe dei grandi artisti del Rinascimento, tra cui Michelangelo.
Agostino studiò il soffitto della Cappella Sistina di Michelangelo mentre aiutava suo fratello Annibale nella decorazione del Palazzo Farnese a Roma. Gli affreschi del palazzo alludono esplicitamente a Michelangelo e alla sua maestria nel rappresentare il nudo maschile. Agostino ha lavorato meticolosamente sul suo ritratto di Girolamo, producendo molti disegni preparatori. Ha poi eseguito un'incisione del dipinto, l’ultima opera realizzata prima della sua morte nel 1602.