Skijaškim skokovima počeo se baviti u dobi od 14 godina, što je vrlo kasno u poređenju s drugim, vrhunskim skakačima. U Kontinentalnom kupu debitirao je u septembru 2008. na domaćem terenu u Lillehammeru, osvojivši sedmo mjesto u oba takmičarska dana. U ostatku sezone 2008/09. završavao je nisko u poretku, ali sljedeće sezone zabilježio je peto i prvo mjesto, također u Lillehammeru, u augustu 2009. Prvi nastup u Svjetskom kupu imao je u decembru iste godine, ponovo u Lillehammeru, i odmah osvojio prve bodove zauzevši 10. mjesto.[1]
Na takmičenju Svjetskog kupa 15. februara 2015. u domaćem Vikersundu doletio je na 251,5 m[2] i tako za 1,5 m srušio svjetski rekord, koji je samo dan ranije postavio Peter Prevc.[3] Rekord je držao do 18. marta 2017, kad su ga, također u Vikersundu, popravili najprije Fannemelov zemljak Robert Johansson (252 m), a zatim Stefan Kraft (253,5 m).
Dana 18. jula 2019. teško se povrijedio na treningu u Wisłi (križni ligamenti i meniskus), zbog čega je morao propustiti cijelu sezonu 2019/20.[4]
Pri kraju sezone 2022/23. objavio je da završava karijeru.[5] U oproštajnom nastupu u letovima u Vikersundu zauzeo je 32. mjesto.
Lični život
Fannemel ima dva brata i sestru. Njegov brat blizanac Einar i starija sestra Eline takmiče se u biatlonu, a dvije godine stariji brat Rasmus nije aktivan u sportu. Ima i dva rođaka, koji se također bave skijaškim skokovima: Lorentza i Bredea.[6]