Longtemps considéré comme l'un des grands espoirs du sport automobile italien, Giorgio Pantano a notamment remporté le championnat du monde junior en 1994 et le championnat d'Europe Formule A en 1995 et 1996. Il a couru en karting durant sept saisons, décrochant le championnat du monde junior en 1994, puis le championnat d'Europe de Formule A en 1995 et 1996.

La monoplace

En 2000, il passe à la monoplace et remporte le championnat allemand de Formule 3, ce qui lui permet de réaliser ses premiers essais en Formule 1 chez Benetton. Il dispute ensuite le championnat international de F3000 de 2001 à 2003. Lors de sa première saison au sein de l'équipe Astromega, ses résultats sont pour le moins médiocres, jusqu'à une victoire lors de la dernière manche à Monza. En 2002, il rejoint l'équipe Coloni et se révèle enfin avec trois victoires à Barcelone, Hockenheim et Spa-Francorchamps, ainsi que le titre de vice-champion du monde, à deux points du champion Sébastien Bourdais. En 2003, il signe chez Durango, mais ne retrouve pas le succès de l'année précédente. Il termine troisième, avec seulement deux victoires à Barcelone et à Magny-Cours. Durant cette période, il est aperçu au volant d'une McLaren, d'une Williams ou d'une Minardi lors de tests en F1, mais sans contrat à la clé.

En F1 avec Jordan

C'est en 2004 que l'écurie Jordan-Ford le lance enfin en F1 en le recrutant aux côtés de Nick Heidfeld. La saison de Giorgio est calamiteuse, en partie à cause d'une monoplace pitoyable qui le contraint à rester en fond de peloton, mais il faut aussi reconnaître que son pilotage est loin d'être exemplaire. Son équipier allemand le devance ainsi largement. Sa meilleure position est la 13e, en Malaisie et au Nürburgring pour le Grand Prix d'Europe. Il connaît également de gros problèmes financiers. Ses sponsors n'ayant pas versé assez d'argent à Eddie Jordan, ce dernier le met à pied pour le Grand Prix du Canada, où il est remplacé par Timo Glock, qui inscrit deux points. Il retrouve ensuite son volant jusqu'à Monza, où Jordan le met à la porte définitivement.

L'après F1

En 2005, il redescend d'un échelon et participe au GP2, un nouveau championnat qui remplace la F3000. Il court pour l'équipe Super Nova et connaît un certain succès, terminant sixième de la compétition sans victoire, mais avec six podiums. En cours de saison, il part aux Etats-Unis disputer deux manches de l'IndyCar sur circuit routier pour le compte de la prestigieuse équipe Chip Ganassi.

En 2006, il s'engage à nouveau en GP2 chez FMS (l'équipe de Giancarlo Fisichella) et termine cinquième du classement final, avec trois victoires à Magny-Cours et lors des deux manches de Monza. Pour la saison 2007, il dispute le championnat GP2 pour l'équipe d'Adrian Campos. Il décroche deux victoires, lors des premières manches des meetings de Magny-Cours et de Monza. Il termine troisième du championnat.

En 2008, Giorgio change à nouveau d'écurie et signe chez Racing Engineering. Il connaît un excellent début de saison, avec une victoire en Turquie et de nombreux podiums, ce qui le place d'emblée en lice pour le titre avec Bruno Senna. Il prend l'avantage sur ce dernier à la mi-saison, avec trois succès à Magny-Cours, à Silverstone et à Hockenheim. Une fin de saison médiocre ne l'empêche pas d'être sacré champion GP2 2008 à l'issue de la dernière épreuve à Monza.

Malheureusement pour Giorgio, ce succès est survenu trop tard. Aucune écurie de Formule 1 ne songe à lui confier un volant pour la saison 2009, et il se rabat sur la Superleague Formula, sous les couleurs de l'équipe AC Milan. L'année suivante, il poursuit sa carrière en monoplace en participant à la saison d'Auto GP et termine une course à la troisième place. En 2011, il effectue un retour ponctuel en IndyCar Series avec l'équipe Dreyer & Reinbold Racing pour les trois courses de Sonoma, Baltimore et Motegi, où il remplace Justin Wilson. L'année suivante, il est sollicité pour le Honda Indy 200 à Mid-Ohio, avec l'équipe Chip Ganassi Racing cette fois.

En 2013, il réoriente sa carrière vers le GT en participant à l'International GT Open avec l'écurie Bhai Tech Racing sur une McLaren MP4-12C GT3. Il remporte le championnat GTS à l'issue de treize courses, avec trois victoires et cinq podiums. L'année suivante, il rejoint le championnat Blancpain Sprint Series avec la McLaren MP4-12C de Bhaitech.

En 2014, Giorgio réoriente sa carrière vers le karting en fondant sa propre équipe et en se consacrant au développement de châssis sous la marque Pantano. À partir de 2019, il officialise la création de l'équipe Pantano, engagée dans les principales compétitions internationales de karting. Il se distingue par son accompagnement de jeunes pilotes et par la conception de nouveaux équipements, notamment en lançant ses propres châssis produits dans son usine.