Nel 1543 entrò nella bottega veneziana di Jacopo Sansovino e collaborò con lui alle sculture della Libreria Marciana (1550). Operò quindi in Palazzo Thiene a Vicenza, dove lasciò stucchi di raffinato estro manieristico e un bizzarro camino a foggia di mascherone (1552), e in Sant'Antonio a Padova, prima di ritornare a lavorare col Sansovino a Venezia (stucchi della scala d'oro del Palazzo Ducale e della scala d'onore della Libreria, 1556).

Poco dopo il 1560 eseguì anche gli stucchi della Villa Barbaro-Volpi a Maser, affiancandosi così al Palladio e al Veronese. Nel 1578-79 eseguì a Brescia il monumento funebre del vescovo Bollani (frammenti al Mus. Civico Vittoria di Santa Giulia).

La parte più originale dell'attività del Vittoria, che comprende anche figure e rilievi in bronzo o in marmo di nervoso modellato. Ad esempio le statue per l'altare di San Francesco della Vigna a Venezia di San Rocco e San Sebastiano, 1561-62, quest'ultimo ispirato ad uno dei "prigioni" di Michelangelo: oppure Annunciazione, 1583, Chicago, Art Inst.: e numerose medaglie, è tuttavia la produzione di ritratti, spesso eseguiti in terracotta bronzata o dorata e inseriti in monumenti funerari (Venier a San Salvador, 1557; Da Lezze ai Gesuiti; Contarini alla Madonna dell'Orto; Grimani a San Sebastiano, 1564), oppure isolati (Niccolò da Ponte, 1582-84, Venezia, Seminario Patriarcale: Tommaso Rangone, 1575 ca, Venezia, Mus. Correr; Marino Grimani, 1592-93, Roma, Palazzo Venezia) nei quali raggiunse risultati di particolare intensità espressiva e vivace pittoricismo.