Après des débuts en Karting, Giancarlo participe à partir de 1992 au championnat italien de F3. Il remporte cette discipline deux ans plus tard et en 1995, devient pilote d'essais chez Minardi. A ce moment-là, le patron de Benetton-Renault, le flamboyant Flavio Briatore, devient son manager.

L'écurie de Faenza lui ouvre les portes de la F1 en 1996 où, malgré un bien piètre matériel, son excellent coup de volant séduit le paddock, mais il doit céder sa place à la mi-saison à Giovanni Lavaggi un pilote plus fortuné que lui... mais bien moins talentueux.

En 1997, il atterrit définitivement en F1, chez Jordan-Peugeot où il malmène son fougueux équipier Ralf Schumacher et réalise de bonnes performances. Malgré des "péchés de jeunesse" encore nombreux, celui que l'on surnomme désormais Fisico termine fréquemment dans les points. En Allemagne, il lutte longtemps pour la victoire avec Gerhard Berger, mais sa machine le trahit avant la fin. Il accroche deux beaux podiums : à Montréal, pour le Grand Prix du Canada, et à Spa, où il obtient la deuxième place derrière Michael Schumacher.

Giancarlo aurait aimé rester chez Jordan, mais finalement il arrive chez Benetton-Playlife en 1998, aux côtés d'Alexander Wurz. La première partie de saison est excellente avec deux deuxièmes places à Monaco et à Montréal. Il réalise une surprenante pole position en Autriche, mais il s'accroche stupidement avec Jean Alesi en course. Une fin saison calamiteuse coûte à Benetton la quatrième place du championnat constructeur, au profit de Jordan.

La saison 1999 est très terne pour Fisico qui ne marque que treize points, avec une seule grande performance: une deuxième place au Grand Prix du Canada. Au Nürburgring, sur une piste détrempée, il est pendant quelques tours en tête avant qu'un tête à queue mette fin à ses espoirs de première victoire en carrière. Au moins prend-il alors définitivement l'avantage sur son équipier Alexander Wurz qui l'avait malmené la saison précédente.

Le scénario de 1998 se répète en 2000, avec d'excellents résultats jusqu'à l'été avant que la Benetton ne connaisse des soucis de fiabilité. L'Italien monte trois fois sur le podium, au Brésil, à Monaco et, comme d'habitude, au Canada. Il décroche la sixième place finale au championnat, son meilleur résultat jusqu'alors.

En 2001, Renault est de retour en F1 en tant que motoriste de Benetton, avant de revenir sous son propre nom en 2002 en rachetant le team italo-anglais. Giancarlo passe toute son année à se battre contre les défauts de sa voiture, qui est tellement ratée que le pilote italien doit parfois s'élancer du fond de la grille. Lorsqu'enfin il parvient à mener sa machine à la troisième place à Spa, Flavio Briatore (qui a repris le contrôle de l'écurie un an auparavant) décide de le congédier.

Ainsi en 2002, Giancarlo se retrouve à nouveau chez Jordan-Honda où une voiture ratée gâche sa saison. Il ne pourra guère faire mieux que trois cinquièmes places. Au moins a-t-il la satisfaction de dominer largement son équipier Takuma Sato. A noter qu'il se fait une belle frayeur lors des essais du Grand Prix de France à Magny-Cours en sortant violemment de la route pour s'empaler dans une pile de pneus. Il s'en sort finalement assez bien, mais doit déclarer forfait pour la course.

En 2003, c'est pire, la Jordan, désormais équipée du faible moteur Cosworth, se traîne en fond de grille; mais au Brésil, Giancarlo décroche enfin sa première victoire sous la pluie. La course est un véritable carnage et l'Italien évite tous les pièges jusqu'à se retrouver en tête lorsque la course est stoppée après l'accident d'Alonso. Hélas, il ne peut fêter ce succès sur le podium, Räikkönen ayant d'abord été déclaré vainqueur suite à une erreur des commissaires. Il faut attendre deux semaines avant que la FIA lui redonne la victoire. Fou de joie après tant de déceptions, Giancarlo se traîne malgré tout en fond de tableau cette année-là, et il décide de signer chez Sauber-Petronas pour 2004.

C'est une très bonne saison pour l'Italien. La Sauber, descendante directe de la Ferrari de 2003, est une très bonne machine et Giancarlo en profite pour terminer régulièrement dans les points. Son meilleur résultat, il l'obtient évidemment à Montréal avec une quatrième place. En Grande-Bretagne, parti vingtième, il accroche une superbe sixième place. A Spa, il profite des nombreux abandons pour terminer cinquième, derrière son équipier Massa.

Ces bonnes performances au sein du team suisse lui permettent de revenir en grâce aux yeux de Briatore, qui l'intègre à l'équipe Renault pour la saison 2005, aux côtés de l'espoir de la F1, Fernando Alonso. Sa collaboration avec la marque au losange commence de la meilleure manière puisqu'il part en pole et décroche la victoire dès le Grand Prix d'Australie ! Cependant, Giancarlo eut la chance de voir les favoris partir du fond de la grille, à cause d'une averse survenue pendant leurs tours de qualifications.

Le retour sur terre sera brutal: lors des Grands Prix suivants, tous les problèmes mécaniques possibles et imaginables s'abattent sur le pauvre Italien, qui à mi-championnat ne pointe qu'au neuvième rang... alors qu'Alonso caracole en tête. Giancarlo va se ressaisir à partir de l'été, mais il reste toujours derrière Alonso. Pire encore, au Grand Prix du Japon, il semble se diriger vers une victoire facile quant à dix tours de la fin, il perd tous ses moyens et se fait passer par un Räikkönen parti dix-septième ! Au final, Giancarlo finit cinquième avec 58 points, ce qui est décevant au vu des performances de son équipier, champion du monde.

Toujours en 2005, Giancarlo décide de créer avec son manager Enrico Zanarini sa propre écurie de F3000 et de GP2, Fisichella Motor Sport. Pour sa première année, le team remporte avec Luca Filippi le championnat italien de F3000.

La saison 2006 est à peine meilleure. Certes, il remporte sa troisième victoire en carrière au Grand Prix de Malaisie, après avoir dominé le week-end de la tête et des épaules, mais par la suite, il est incapable de rivaliser avec Fernando Alonso, à nouveau en course pour le titre. Pire, on ne peut pas dire que l'Italien soit, au début d'année, d'une quelconque utilité pour son équipier dans sa lutte contre les Ferrari. La deuxième partie de saison est meilleure pour le Romain, qui termine régulièrement dans les points et même quelques fois sur le podium, apportant ainsi les points nécessaires à Renault pour décrocher le titre constructeur. Cependant, le constat est là : Giancarlo finit quatrième, mais son équipier Alonso, à nouveau champion du monde, termine avec deux fois plus de points que lui.

Pour 2007, Alonso étant parti chez McLaren-Mercedes, Giancarlo est le n°1 de Renault, aux côtés du débutant Heikki Kovalainen. Mais hélas, l'écurie française, qui avait développé en 2006 la R26 jusqu'au dernier Grand Prix afin qu'Alonso obtienne le titre, n'a guère eu le temps de s'adapter aux gommes de son nouveau manufacturier Bridgestone. D'où un début de saison très décevant. Giancarlo ne peut que limiter les dégâts en finissant cinquième en Australie, sixième en Malaisie et huitième à Bahreïn. En Espagne, il finit même hors des points, en neuvième position. Un léger mieux apparaît à Monaco, avec une belle quatrième place en qualifications et en course. Ensuite ? Ensuite plus rien, ou presque. Après une tournée américaine catastrophique et quelques points accrochés à Magny-Cours et Silverstone, Giancarlo sombre littéralement, se faisant outrageusement dominé par Kovalainen et se retrouvant empêtré dans le ventre mou du peloton. Il ne marque plus que lors du Grand Prix du Japon où son expérience sous la pluie lui permet d'accrocher la cinquième place. Mais son débutant d'équipier finit brillant deuxième. Giancarlo se classe huitième au championnat, derrière Heikki Kovalainen.

Après cette saison très décevante, et avec le retour d'Alonso chez Renault, Giancarlo perd son volant pour 2008. Il obtient finalement in extremis une place chez Force India F1, ex-Spyker, la dernière équipe de plateau. Douze ans après ses débuts avec Minardi, Giancarlo retrouve les fonds de grille. Sa saison est évidemment très difficile et sans éclat. L'Italien passe ses week-ends de course dans l'anonymat, sans aucune chance de briller. Sa seule performance est réalisée en Italie où, dans des conditions très pluvieuses, il mène sa modeste monoplace à la douzième place sur la grille et réalise ensuite un très bon début de course avant de percuter Coulthard et d'abandonner. Il parvient aussi à faire jeu égal avec son jeune équipier, le prometteur Adrian Sutil. Il termine le championnat sans avoir inscrit le moindre point, pour la première fois depuis 1996.

Avec l'arrivée de Force India dans le giron de McLaren-Mercedes pour 2009, son baquet est un temps menacé mais il est finalement reconduit pour une année supplémentaire. L'équipe ayant légèrement progressé durant l'hiver, Giancarlo réalise un début de championnat plutôt satisfaisant. Il termine ainsi neuvième à la régulière dans les rues de Monaco. Toutefois la médiocrité de sa monoplace le laisse en général dans les profondeurs du classement. Mais au Grand Prix de Belgique à Spa, la VJM02 se sent soudainement pousser des ailes et le pilote italien signe une incroyable pole position. En fait, sa voiture, déficiente sur le plan aérodynamique, est très avantagée sur cette piste demandant peu d'appui. Il aurait d'ailleurs gagné la course, si la Ferrari de Räikkönen n'avait pas disposé de ce turbo qu'est le SREC. Grâce à celui-ci, le Finlandais prend la première place au Romain dès les premiers tours, mais ne pourra le semer. Giancarlo ramène ainsi une deuxième place inespérée pour Force India.

Ironie du sort, il est à ce moment-là approché par Ferrari pour remplacer Luca Badoer, lamentable suppléant de Felipe Massa. Ayant toujours rêvé de piloter pour la Scuderia, il accepte et dispute ainsi les cinq dernières courses de la saison chez les Rouges. Mais ceci est un cadeau empoisonné. La F60, privée de développement et définitivement ratée, n'en finit pas de se traîner. De plus, toute l'attention de l'équipe est concentrée sur Räikkönen, Giancarlo n'étant là que pour faire plaisir aux tifosi. Dans ces conditions, sa fin de championnat est complètement anonyme, au point qu'il n'inscrit pas même un point.

C'est sur ce triste épilogue que se clôt sa carrière en F1. Le Romain devient effectivement à partir de 2010 pilote réserve chez Ferrari. Après avoir un temps espérer revenir comme titulaire chez Sauber, il se concentre désormais sur l'Endurance et pilote une Ferrari de l'équipe AF Corse en Le Mans Series. Associé à Jean Alesi et Toni Vilander, il termine quatrième de la catégorie GT2 aux 24 heures du Mans.