Venne alla luce nel corso del 1519 ed era la sorella maggiore di Felice Peretti (Papa Sisto V).
Trascorse la prima parte della sua vita nel Piceno, ma dopo la nomina di suo fratello a pontefice si trasferì a Roma, dove arrivò nel 1586.
Nella città eterna Camilla venne corteggiata da molti nobili romani, e sposò Battista Mignucci da cui ebbe Francesco e Maria Felice.
Donna di cultura e di arti, conobbe Caravaggio e le fu anche dedicata, nei primi mesi del 1590, una medaglia in bronzo, su cui è impresa la dicitura "CAMILLA PERETTA SYXSTI V. P.M.SOROR." (Camilla Peretti sorella di Sisto V pontefice massimo), a testimonianza del suo alto lignaggio.
Sopravvisse al fratello, che si spense il 27 agosto del 1590.
Benchè facoltosa ed ammirata, dopo la morte del marito venne corteggiata da molto altri esponenti della nobiltà della città eterna, ma non trovò più l'anima gemella. Da questi fatti, nei secoli successivi, nel fervido immaginario popolare romano, iniziò a girare la famosa diceria della "Sora Camilla...tutti la vogliono e nessuno la piglia".
Morì suora nel 1605.