L'année suivante, il s'engage en championnat d'Europe de Formule 3 2014 toujours avec Prema Il termine cinquième du championnat avec deux victoires et 10 podiums. Il prend également part au Florida Winter Series où il fait un carton et termine champion de la série avec quatre victoires et sept podiums.
GP3 Series et essais avec la Scuderia Ferrari (2015-2016)
Il s'engage ensuite en GP3 Series avec Carlin Il monte deux fois sur le podium et termine sixième du championnat. Dans le même temps, il fait ses premiers essais en Formule 1 sur le circuit de Spielberg au volant de la Ferrari SF15-T[2]. En 2016, avec sa nouvelle écurie Trident, il se bat pour le titre en GP3 Series mais ne termine que troisième malgré deux victoires et huit podiums. Il fait de nouveaux essais pour la Scuderia Ferrari cette même année[3] avant d'intégrer la Ferrari Driver Academy où il y restera jusqu'en décembre 2018. Il est remplacé par Mick Schumacher dès l'année suivante mais en échange il est nommé pilote de simulateur pour la Scuderia Ferrari.
Ascension vers la Formule 2 (2017-2018)
En 2017, il est promu en Formule 2 chez Prema Powerteam où il fait équipe avec Charles Leclerc. Il décroche une victoire à Monza, monte cinq fois sur le podium et termine huitième du championnat. L'année suivante il change d'écurie et passe chez Charouz Racing System où il gagne à Monaco et à Yas Marina et signe six podiums. Il termine septième du championnat.
Formule E et orientation en GT (2019-2020)
Sans volant en Formule 2 pour 2019, Fuoco participe en octobre 2018 aux essais de pré-saison en Formule E avec l'écurie américaine GEOX Dragon. Il est par la suite nommé pilote d'essais et de réserve dans l'écurie où il participe en janvier 2019 aux essais des pilotes "rookies" sur le circuit de Marrakech. Il y réalise le troisième temps du classement général.
En 2019, il participe au championnat d'Italie de GT avec l'écurie AF Corse. Il domine la saison en remportant 6 victoires, réalisant 4 pole positions et 3 meilleurs tours et montant 7 fois sur le podium. Il remporte le championnat avec 120 points inscrits. Il dispute également une course sprint avec la Scuderia Baldini où il remporte une autre victoire. En 2019, il prend part aux 4 Heures de Shanghai du championnat Asian Le Mans Series avec l'écurie japonaise Car Guy Racing dans la catégorie GT. Il se classe seizième de sa catégorie avec 10 points.