Va córrer en karting del 2001 fins a 2012, on va aconseguir victòries i campionats regionals i nacionals. Giovinazzi va començar la seva carrera en fórmules promocionals competint a la Fórmula Pilota Xina per a Euràsia l'any 2012, on es va consagrar campió amb un tot de sis victòries.[1] També va córrer per a l'equip BVM a l'última ronda de la Fórmula Abarth a Monza; malgrat no rebre punts per ser pilot convidat, va aconseguir dos triomfs i un segon lloc.[2]
A l'any següent va competir amb l'equip Double R a la Fórmula 3 Britànica on va ser subcampió, mentre que en Fórmula 3 Europea va puntuar en 8 carreres de 30, per finalitzar 17º.[1]
Fórmula 3, GP2 i resistència
L'any 2014, va signar per Carlin per disputar la seva segona temporada a la Fórmula 3 Europea, on va resultar sisè amb dues victòries i set podis en 33 participacions.[1] En el seu tercer any en la categoria va resultar subcampió amb un total de 6 victòries i 20 podis, per darrere de Felix Rosenqvist.[3] A més l'italià va aconseguir la victòria Masters de Fórmula 3 de Zandvoort i el quart lloc al Gran Premi de Macau.[1] També va debutar a Deutsche Tourenwagen Masters amb un Audi RS5 de Phoenix, reemplaçant al sancionat Timo Scheider a Moscou, però no va aconseguir puntuar.[4]
Va començar l'any 2016 corrent en els sport prototips, guanyant dues carreres a Asian Le Mans Series i un cinquè lloc en la cursa de Silverstone per la European Le Mans Series.[1][5] Després va ascendir a GP2 Sèries amb l'equip Prema, en la qual va acumular 5 victòries i vuit podis, encara que va resultar subcampió per darrere del seu company d'equip Pierre Gasly.[6] A més, va disputar dues carreres a Fuji i Shanghái del Campionat Mundial de Resistència en un Ligier-Nissan LMP2 de l'Extreme Speed, on va resultar quart i segon, respectivament.[7][8]
Fórmula 1
Emprovador i reserva (2017-2018)
Per a la temporada 2017 fitxa com a tercer pilot de la Scuderia Ferrari de Fórmula 1. Durant els test de pretemporada al Circuit de Catalunya va haver de pilotar per a Alfa Romeo - Sauber, reemplaçant a Pascal Wehrlein (que va sofrir un accident en la Carrera de Campions). Com Wehrlein no se sentia en forma física per competir en el Gran Premi d'Austràlia a causa de la falta d'entrenament, Giovinazzi el va substituir, debutant en la categoria; va finalitzar 12º en la carrera.[9] Més tard, Sauber va anunciar que Giovinazzi reemplaçaria a Wehrlein també al GP de la Xina. En aquesta carrera va abandonar per un xoc.[10]
Després de la carrera de Mònaco, Haas F1 Team va anunciar que Giovinazzi participarà en diverses sessions de lliures al llarg de l'any, substituint en sis ocasions a Kevin Magnussen i en una a Romain Grosjean.[11]
A principi de juny va provar amb el Ferrari de 2015 en un test de Fiorano amb els pneumàtics de 2018.[12]
L'any 2018 també va ser part dels entrenaments lliures en 6 GP, en la segona etapa de la temporada, amb Sauber.[13]
Titular a Alfa Romeo (2019)
Després d'haver disputat 2 Grans Premis el 2017, el 25 de setembre de 2018, Giovinazzi és confirmat com a nou pilot de Alfa Romeo, reemplaçant a Marcus Ericsson, convertint-se en el nou company de Kimi Räikkönen.[14][15][16] Giovinazzi va reestrear en la Fórmula 1, mès va passar 9 curses sense anotar punts fins a arribar al GP d'Àustria, on va arribar a la novena posició, la primera puntuació per a un italià des del 2010. Anotò a Monza, Interlagos i Singapur, que per cert va liderò la carrera durant 4 voltes on els Ferraris fet el abastiment de combustible. Antonio va acabar la temporada el 17è amb 14 punts. 29 a menys que el teu company Kimi Räikkönen.
Al Novembre, l'equip anuncia que mantindrà Giovinazzi i Raikkonen per a la temporada 2020.[17] En Àustria, primera cursa de la temporada, va pontuar, obtenint el novè lloc, tornant a marcar punt a Eifel. En el Gran Premi de Bélgica, el seu cotxe perd el control al torn 14 i causa un accident, on un dels pneumàtics colpeja el cotxe de George Russell, que també va abandonar la cursa.[18] En la Toscana, perquè el vostre cotxe va ser un dels 4 danyats en l'accident després del reinici del safety car, Antonio va abandonar la carrera.[19] En la Turquia, obté el 10è, la seva millior qualifició fins llavors, més en la cursa, va retirar degut a problemes de caixa de canvi. Al final de la temporada, Antonio va obtenir la 17a posició, amb 4 punts, la mateixa puntuació que el vostre company Kimi.
Giovinazzi juntament amb Kimi, és mantingut per Alfa Romeo en 2021 per la tercera temporada consecutiva.[20] En Bahrain, la cursa inicial, Giovinazzi va finalitzar en 12è.