Giancarlo Fisichella commence sa carrière par le karting, discipline dans laquelle il devient vice-champion du monde de Formule A en 1991.

Il passe ensuite à la monoplace en 1992, en intégrant le championnat d'Italie de Formule 3. En 1993, il termine deuxième du classement général de cette compétition. L'année 1994 marque une étape décisive dans sa progression. Il domine le championnat italien de Formule 3 et remporte le titre de champion après avoir remporté onze victoires. Durant la même saison, il s'impose lors du Grand Prix de Monaco de Formule 3, une épreuve internationale de référence pour les pilotes en devenir.

En 1995, il devient pilote d'essai pour l'écurie de Formule 1 Minardi, ce qui lui permet d'effectuer ses premiers tests dans la catégorie reine. A cette époque, Flavio Briatore, le charismatique patron de Benetton-Renault, devient son manager. Parallèlement, il participe aux championnats de voitures de tourisme DTM et ITC au volant d'une Alfa Romeo 155 V6 TI engagée par l'équipe Alfa Corse. Il termine la saison à la neuvième place du classement général de l'ITC, après avoir obtenu plusieurs podiums.

En F1 avec Minardi

En 1996, Giancarlo accède au rang de pilote titulaire en Formule 1 au sein de l'écurie Minardi. Il commence sa saison lors du Grand Prix d'Australie, se qualifiant en seizième position, avant d'abandonner en course à cause d'une défaillance de l'embrayage. Il franchit la ligne d'arrivée pour la première fois lors de l'épreuve suivante, au Brésil, qu'il termine à la treizième place. Lors du Grand Prix du Canada, il réalise sa meilleure performance de l'année en franchissant la ligne d'arrivée à la huitième place. Cependant, après avoir disputé huit Grands Prix, il doit céder son baquet à Giovanni Lavaggi pour la manche allemande, l'écurie privilégiant un pilote qui apporte des compléments budgétaires pour terminer la saison.

Jordan

En 1997, il rejoint l'écurie Jordan-Peugeot, où il domine son fougueux coéquipier Ralf Schumacher et réalise de bonnes performances. Malgré ses « péchés de jeunesse » encore nombreux, celui que l'on surnomme désormais Fisico termine fréquemment dans les points. À Imola, lors du Grand Prix de Saint-Marin, il marque ses premiers points en terminant à une très belle quatrième place. Il confirme sa progression au Canada, où il monte sur son premier podium en Formule 1 en franchissant la ligne d'arrivée en troisième position. Qualifié en deuxième position en Allemagne, il lutte longtemps pour la victoire avec Gerhard Berger, mais sa voiture le lâche avant la fin de la course. Le pilote italien se distingue de nouveau lors du Grand Prix de Belgique, disputé sous la pluie, où il termine deuxième, derrière Michael Schumacher. A l'issue de cette saison, il se classe neuvième du championnat.

Benetton

Giancarlo aurait aimé rester chez Jordan, mais il finit par rejoindre Benetton-Playlife en 1998, aux côtés d'Alexander Wurz. La première partie de la saison est excellente, avec deux deuxièmes places à Monaco et à Montréal. Il réalise une pole position surprenante en Autriche, mais s'accroche stupidement avec Jean Alesi en course. Une fin de saison calamiteuse coûte à Benetton la quatrième place du championnat des constructeurs, au profit de Jordan.

La saison 1999 est très terne pour Fisico, qui ne marque que treize points, avec une seule grande performance : une deuxième place au Grand Prix du Canada. Sur une piste détrempée au Nürburgring, il est en tête pendant quelques tours avant qu'un tête-à-queue ne mette fin à ses espoirs de première victoire. Il prend alors définitivement l'avantage sur son coéquipier Alexander Wurz, qui l'avait malmené la saison précédente.

Le scénario de 1998 se répète en 2000 : d'excellents résultats jusqu'à l'été, puis des soucis de fiabilité pour la Benetton. L'Italien monte trois fois sur le podium : au Brésil, à Monaco et, comme d'habitude, au Canada. Il décroche la sixième place du championnat, son meilleur résultat jusqu'alors.

En 2001, Renault fait son retour en F1 en tant que motoriste de Benetton, avant de revenir sous son propre nom en 2002 en rachetant l'équipe italo-anglaise. Giancarlo passe toute l'année à se battre contre les défauts de sa voiture, tellement ratée qu'il doit parfois s'élancer du fond de la grille. Lorsqu'il parvient enfin à hisser sa voiture à la troisième place à Spa, Flavio Briatore, qui a repris le contrôle de l'écurie un an auparavant, décide de le congédier.

Retour chez Jordan

En 2002, Giancarlo se retrouve ainsi chez Jordan-Honda, mais une voiture ratée gâche sa saison. Il ne parvient pas à faire mieux que trois cinquièmes places. Au moins a-t-il la satisfaction de largement dominer son coéquipier Takuma Sato. À noter qu'il a eu une grosse frayeur lors des essais du Grand Prix de France à Magny-Cours, lorsqu'il est sorti violemment de la route et a fini empalé sur une pile de pneus. Il s'en sort finalement assez bien, mais doit déclarer forfait pour la course.

En 2003, c'est pire : la Jordan, désormais équipée d'un moteur Cosworth peu performant, se traîne en fond de grille. Mais au Brésil, Giancarlo décroche enfin sa première victoire sous la pluie. La course est un véritable carnage et l'Italien évite tous les pièges jusqu'à se retrouver en tête, lorsque la course est stoppée à la suite de l'accident d'Alonso. Malheureusement, il ne peut pas fêter ce succès sur le podium, car Räikkönen a d'abord été déclaré vainqueur à la suite d'une erreur des commissaires. Il faut attendre deux semaines pour que la FIA lui redonne la victoire. Fou de joie après tant de déceptions, Giancarlo se traîne malgré tout en fond de tableau cette année-là et décide de signer avec Sauber-Petronas pour 2004.

Sauber

C'est une très bonne saison pour l'Italien. La Sauber, descendante directe de la Ferrari de 2003, est une voiture de qualité, ce qui permet à Giancarlo de terminer régulièrement dans les points. Son meilleur résultat, il l'obtient évidemment à Montréal, avec une quatrième place. En Grande-Bretagne, parti de la vingtième place, il décroche une superbe sixième place. À Spa, il profite des nombreux abandons pour terminer cinquième, derrière son coéquipier Massa. Ces bonnes performances au sein de l'écurie suisse lui permettent de revenir en grâce aux yeux de Flavio Briatore, qui l'intègre à l'équipe Renault pour la saison 2005, aux côtés de l'espoir de la Formule 1, Fernando Alonso.

Renault

Sa collaboration avec la marque au losange commence de la meilleure des manières, puisqu'il part en pole position et décroche la victoire dès le Grand Prix d'Australie ! Cependant, Giancarlo a eu la chance de voir les favoris partir du fond de la grille à cause d'une averse survenue pendant leurs tours de qualification. Le retour sur terre sera brutal : lors des Grands Prix suivants, tous les problèmes mécaniques possibles et imaginables s'abattent sur le pauvre Italien qui, à mi-championnat, ne pointe qu'au neuvième rang, alors qu'Alonso caracole en tête. À partir de l'été, Giancarlo se ressaisit, mais il reste toujours derrière Alonso. Pire encore, lors du Grand Prix du Japon, alors qu'il semblait se diriger vers une victoire facile, il a perdu tous ses moyens à dix tours de la fin et s'est fait dépasser par Räikkönen, parti en dix-septième position ! Au final, il se classe cinquième du championnat, ce qui est décevant au vu des performances de son coéquipier, champion du monde.

En 2005, Giancarlo décide de créer avec son manager Enrico Zanarini sa propre écurie de F3000 et de GP2, la Fisichella Motor Sport. Pour sa première année, l'écurie remporte le championnat italien de F3000 avec Luca Filippi.

La saison 2006 n'est guère meilleure. S'il remporte sa troisième victoire en carrière au Grand Prix de Malaisie, après avoir dominé le week-end de la tête et des épaules, il est ensuite incapable de rivaliser avec Fernando Alonso, de nouveau en lice pour le titre. Pire encore, au début de l'année, on ne peut pas dire que l'Italien soit d'une quelconque utilité pour son coéquipier dans sa lutte contre les Ferrari. La deuxième partie de la saison est meilleure pour le Romain, qui termine régulièrement dans les points, voire sur le podium, et apporte ainsi les points nécessaires à Renault pour décrocher le titre de champion du monde des constructeurs. Cependant, le constat est là : Giancarlo termine quatrième, mais son coéquipier, Alonso, à nouveau champion du monde, a deux fois plus de points que lui.

En 2007, avec le départ d'Alonso pour McLaren-Mercedes, Giancarlo est le numéro un de Renault, aux côtés du débutant Heikki Kovalainen. Malheureusement, l'écurie française, qui avait développé la R26 jusqu'au dernier Grand Prix de 2006 pour permettre à Alonso de remporter le titre, n'a pas eu le temps de s'adapter aux pneus de son nouveau manufacturier, Bridgestone. D'où un début de saison très décevant. Giancarlo ne peut que limiter les dégâts en terminant cinquième en Australie, sixième en Malaisie et huitième à Bahreïn. En Espagne, il se contente même d'une neuvième place hors des points. La situation s'améliore légèrement à Monaco, avec une quatrième place en qualifications et en course. Et ensuite ? Puis plus rien, ou presque. Après une tournée américaine catastrophique et quelques points marqués à Magny-Cours et à Silverstone, Giancarlo sombre littéralement, se faisant outrageusement dominer par Kovalainen et se retrouvant empêtré dans le ventre mou du peloton. Il ne marque des points qu'au Grand Prix du Japon, où son expérience de la pluie lui permet de se classer cinquième. Mais son équipier débutant termine brillamment deuxième. Il se classe huitième au championnat, derrière Kovalainen.

Force India

Après cette saison très décevante et le retour d'Alonso chez Renault, Giancarlo perd son volant pour 2008. Il obtient finalement, in extremis, une place chez Force India F1, l'ex-Spyker, la dernière équipe du plateau. Douze ans après ses débuts chez Minardi, Giancarlo se retrouve à nouveau en fond de grille. Sa saison est évidemment très difficile et sans éclat. L'Italien passe ses week-ends de course dans l'anonymat, sans aucune chance de briller. Sa seule performance est réalisée en Italie, dans des conditions très pluvieuses : il mène alors sa modeste monoplace à la douzième place sur la grille, puis réalise un très bon début de course avant de percuter Coulthard et d'abandonner. Il parvient également à tenir tête à son jeune coéquipier, le prometteur Adrian Sutil. Il termine le championnat sans avoir marqué le moindre point, pour la première fois depuis 1996.

Avec l'arrivée de Force India dans le giron de McLaren-Mercedes pour 2009, son baquet est un temps menacé, mais il est finalement reconduit pour une année supplémentaire. L'équipe ayant légèrement progressé durant l'hiver, Giancarlo réalise un début de championnat plutôt satisfaisant. Il termine ainsi neuvième à Monaco. Toutefois, la médiocrité de sa monoplace le cantonne généralement dans les profondeurs du classement. Mais lors du Grand Prix de Belgique, à Spa, la VJM02 se sent soudain pousser des ailes et le pilote italien réalise une incroyable pole position. En effet, sa voiture, déficiente sur le plan aérodynamique, est très avantagée sur cette piste qui demande peu d'appui. Il aurait d'ailleurs gagné la course si la Ferrari de Räikkönen n'avait pas disposé du SREC. Grâce à celui-ci, le Finlandais prend la première place au Romain dès les premiers tours, et Giancarlo doit se contenter de la deuxième place, un podium inespéré pour Force India.

Ferrari

Ironie du sort, il est alors approché par Ferrari pour remplacer Luca Badoer, le lamentable suppléant de Felipe Massa. Ayant toujours rêvé de piloter pour la Scuderia, il accepte et dispute ainsi les cinq dernières courses de la saison avec l'équipe italienne. Mais ce cadeau est empoisonné. La F60, qui n'a pas bénéficié de développement et qui est définitivement ratée, n'en finit pas de se traîner. De plus, toute l'attention de l'équipe est concentrée sur Räikkönen et Giancarlo n'est là que pour faire plaisir aux tifosi. Dans ces conditions, sa fin de championnat est complètement anonyme, au point qu'il ne marque pas le moindre point.

L'après-F1

Après la fin de sa carrière de titulaire en Formule 1 en 2009, il devient pilote de réserve pour la Scuderia Ferrari en 2010. Parallèlement, il entame une reconversion dans les courses d'endurance en rejoignant l'écurie AF Corse. Il dispute les Le Mans Series et les 24 Heures du Mans au volant d'une Ferrari F430 GTC, terminant quatrième de sa catégorie lors de sa première participation sur le circuit de la Sarthe. En 2011, il remporte les 1 000 km de Spa-Francorchamps dans la catégorie GTE Pro et se classe deuxième des 24 Heures du Mans.

En 2012, il participe à la première saison du Championnat du monde d'endurance (WEC). Il remporte les 24 Heures du Mans dans la catégorie GTE Pro avec Gianmaria Bruni et Toni Vilander, une performance qu'il réitère en 2014 au volant de la Ferrari 458 Italia GT2. Durant cette période, il contribue à l'obtention de plusieurs titres de champion du monde des constructeurs GT pour Ferrari.

A partir de 2014, il étend ses activités au championnat nord-américain IMSA, au sein de l'équipe Risi Competizione. Il remporte des victoires de catégorie à Road America et au Virginia International Raceway. Entre 2015 et 2017, il continue de briller au Mans, terminant troisième en 2015, puis deuxième en 2016. En 2018, il s'engage dans la catégorie GTE Am du WEC avec l'écurie Spirit of Race.

Dans les années 2020, le pilote italien se concentre sur le championnat italien GT. En 2023, il décroche le titre de champion d'Italie de GT Endurance au volant d'une Ferrari 488 GT3 Evo 2020. Il conserve son titre l'année suivante, en 2024, en remportant à nouveau le classement Endurance sur une Ferrari 296 GT3, aux côtés de Tommaso Mosca et Arthur Leclerc. En 2025, il poursuit son engagement en tant que pilote officiel Ferrari dans les compétitions de grand tourisme et participe au développement des nouveaux modèles de compétition de la marque.