Сын Гнея Домиция Агенобарба, консула 122 года, брат Луция Домиция Агенобарба, консула 94 года.
В 104 году был народным трибуном, передал народному собранию право избрания великих понтификов. С 103 до н. э. по 89 до н. э. занимал почётную должность великого понтифика, причём был избран народным голосованием, т.е. уже в соответствии со своим же законом. Стал консулом 96 года вместе с Гаем Кассием Лонгином. Цензорство Гнея в 92 году (вместе с Луцием Лицинием Крассом) ознаменовалось закрытием латинских риторических школ. В результате, однако, римляне, желающие получить риторические знания и умения, стали направлять на учёбу в Грецию.
Цицерон упоминает, что Агенобарб не считался профессиональным оратором, но несмотря на это, ему вполне ему хватало умения, чтобы поддерживать своё высокое положение, выступая публично.
Его детьми были Гней и Луций Домиций Агенобарбы (последний стал консулом в 54 году), праправнуком которого был римский император Нерон.
