Fabio Di Giannantonio stammt aus Rom, Italien und beendete die Moto3™ Europameisterschaft 2013 als Neunter. 2014 konzentrierte er sich auf den Red Bull Rookies Cup und beendete das Jahr als Achter mit einem zweiten Platz in Brünn. 2015 trat er als Titelanwärter an und holte sich mit zwei Siegen und vier zweiten Plätzen den zweiten Platz. Dies führte dazu, dass er schnell vom Gresini-Team aufgeschnappt wurde und die letzte Runde 2015 in Valencia für sie fuhr, bevor er 2016 Vollzeit zum Team stieß. Nachdem er um den Titel 'Rookie des Jahres' gekämpft und drei Podestplätze belegt hatte, blieb Di Giannantonio 2017 bei Del Conca Gresini Racing Team und holte fünf Podestplätze und schließlich P5 in der Gesamtwertung. Er blieb 2018 im Team und konnte sich nach seinen ersten beiden Grand-Prix-Siegen den zweiten Platz in der Leichtgewichtsklasse sichern.
Der Schritt in die Moto2™ -Klasse mit Speed Up Racing öffnete das nächste Kapitel für den Italiener und es war ein beeindruckendes Jahr. Sechs Top Ten sowie zwei Podestplätze in Brno und Misano sicherten Di Giannantonio den neunten Gesamtrang und den Titel Moto2™ Rookie des Jahres. Nach einem ersten Sieg in der Zwischenklasse im Jahr 2020 konnte der Italiener nur zwei weitere Podestplätze erringen. 2021 war ein Jahr des Wandels, denn DiGiannantonio wechselte zu Federal Oil Gresini Moto2 und damit auf eine Kalex. Das Glück war mit ihm, als er in Jerez den so wichtigen ersten Grand-Prix-Sieg für sein neues Team holte. Drei weitere Podiumsplätze reichten aus, um dem Italiener den Traum eines Wechsels in die MotoGP™ im Jahr 2022 zu ermöglichen. Der Höhepunkt von Diggias Rookie-Kampagne war die Poleposition bei seinem Heim-Grand-Prix in Mugello.
2023 blieb er bei Gresini Racing, tat sich aber mit dem Weltmeister-Crewchief Frankie Carchedi zusammen. In der ersten Saisonhälfte erreichte er mit Platz 8 sein bestes Ergebnis, aber in den letzten Rennen der Saison steigerte sich der Italiener stark. In Australien stand er erstmals auf dem Podium, bevor er in Qatar seinen ersten MotoGP™-Sieg einfuhr. Eine Strafe verwehrte Di Giannantonio in Valencia einen Podiumsplatz, aber es war seine unglaubliche Form in der letzten Saison, die ihm einen Platz an der Seite von Bezzecchi im VR46-Team einbrachte, nachdem er seinen Gresini-Platz an Marc Marquez verloren hatte. Nach einem konstanten Start ins Jahr 2024 beeinträchtigte eine Schulterverletzung in Österreich Diggias Saison. Trotzdem konnte er in Australien und Thailand zwei vierte Plätze erzielen, bevor der Italiener die letzten beiden Runden nach einer Schulteroperation aussetzen musste. Di Giannantonios Form blieb nicht unbemerkt: Er blieb 2025 bei VR46, was eine spannende Saison versprach, und der Italiener kehrte zum ersten Mal seit 2023 wieder auf das Podium zurück. Er hat vier Podiumsplätze zu seiner Karrierebilanz hinzugefügt und strebt nun für 2026 den obersten Platz an – erneut für das Pertamina Enduro VR46 Racing Team.