Fagnano é mais conhecido por investigações sobre o comprimento e divisão de arcos de certas curvas, especialmente a lemniscata de Bernoulli; este parece ter sido em sua própria estimativa seu mais importante trabalho, já que tem a figura da lemniscata com a inscrição "Multifariam divisa atque dimensa Deo veritatis gloria" gravada na página de rosto de seu Produzioni Matematiche, publicado em dois volumes (Pesaro, 1750) e dedicado ao Papa Bento XIV. A mesma figura com a inscrição "Deo veritatis gloria" também aparece em seu túmulo.
Não conseguindo retificar a elipse ou a hipérbole, Fagnano tentou determinar os arcos cuja diferença é retificável. A palavra "retificável" significava na época que o comprimento pode ser encontrado explicitamente, o que é diferente do seu significado moderno. Ele também apontou a notável analogia existente entre as integrais que representam o arco de um círculo e o arco de uma lemniscata. Também provou a fórmula
onde i é a .
Seus trabalhos foram reunidos e publicados em dois volumes em Pesaro em 1750.
Fez seus estudos superiores no Collegio Clementino em Roma e lá ganhou grande distinção, exceto na matemática, para a qual era grande sua aversão. Somente depois de seu curso superior começou a estudar matemática. Mais tarde, sem ajuda de nenhum professor, dominou a matemática desde suas fundações. Sua pesquisa mais importante foi publicada no Giornale de' Letterati d'Italia.