Wykształcenie, służba wojskowa oraz praca zawodowa
1977 – został absolwentem liceum naukowego „Paolo Frisi” w Mediolanie, a następnie wstąpił do włoskiej armii. Był instruktorem spadochronowym w wojskowej szkole spadochronowej (Scuola Militare di Paracadutismo) w Pizie.
1980 – rozpoczął służbę w 9 batalionie szturmowym "Col Moschin" z Livorno. Przeszedł pełne przeszkolenie dla żołnierzy wojsk desantowych.
1982-1987 – pełnił służbę w międzynarodowych siłach pokojowych w Bejrucie (Liban). W 1984 powrócił do Włoch, gdzie kontynuował służbę wojskową. Opuścił armię w 1987.
1985 – został studentem Polytechnic University of New York, gdzie w 1988 uzyskał licencjat, a w 1989 stopień magistra w dziedzinie lotnictwa i astronautyki.
1989 – po powrocie do Włoch został zatrudniony w firmie Proel Tecnologie we Florencji. Przedsiębiorstwo to wykonywało zadania na rzecz włoskiego programu kosmicznego.
1990 – na Uniwersytecie Florenckim (Università degli Studi di Firenze) otrzymał dyplom inżyniera mechanika.
Kariera astronauty
1989 – podczas naboru do drugiej grupy astronautów Włoskiej Agencji Kosmicznej (ASI - Agenzia Spaziale Italiana) został jednym z 10 finalistów, ale ostatecznie nie znalazł się wśród 4 kandydatów wybranych przez amerykańskich specjalistów.
1990 – wziął udział w 28-dniowym eksperymencie ESA, podczas którego badano m.in. wpływ zamkniętego pomieszczenia na psychikę człowieka (ISEMSI-1990 – Isolation Study for EMSI). Nespoli był dowódcą 8-osobowego zespołu ochotników.
1991 – rozpoczął pracę w Europejskim Centrum Astronautów ESA (ESA’s European Astronaut Center) w Kolonii (Niemcy). Był inżynierem zajmującym się przygotowaniem astronautów.
1995 – został włączony do prac nad programem EUROMIR prowadzonych w Europejskim Centrum Technologii Kosmicznych (ESTEC - European Space Technology Centre) w Noordwijk w Holandii. Kierował zespołem zajmującym się integracją ładunku użytecznego oraz komputerów wykorzystywanych w eksperymentach przygotowanych przez ESA z wyposażeniem rosyjskiej stacji kosmicznejMir.
1996 – został oddelegowany do ośrodka NASA w Houston (JSC). Pracował w wydziale przygotowań astronautów (Spaceflight Training Division). Zajmował się przygotowaniem naziemnych treningów dla załóg przewidzianych do misji na ISS.
1998 – w lipcu został członkiem trzeciej grupy włoskich astronautów i jednocześnie włączono go do korpusu astronautów Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) mającego swoją siedzibę w Kolonii (Niemcy). W sierpniu rozpoczął przeszkolenie w Centrum Lotów Kosmicznych imienia Lyndona B. Johnsona w Houston w stanie Teksas razem z astronautami NASA z 17 naboru.
2000 – zakończył dwuletni kurs podstawowy i zdobył niezbędne kwalifikacje aby zostać przydzielonym do załogi wahadłowca i pracować na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
2001 – w lipcu zakończył kurs dla operatorów ramienia-robota Canadarm zainstalowanego na pokładach wahadłowców.
2003 – we wrześniu pomyślnie zakończył szkolenie w zakresie prowadzenia prac w otwartym kosmosie.
2006 – 19 czerwca został przydzielony jako specjalista misji (MS-3) do załogi STS-120. Lot wahadłowca rozpoczął się 23 października 2007. Jednym z głównych zadań tej wyprawy było przyłączenie do ISS modułu Node 2 zbudowanego przez włoskich specjalistów.