Фабио Диджаннантонио родом из Рима, Италия, и завершил сезон Европейского чемпионата Moto3™ 2013 года на девятом месте. В 2014-м он сосредоточился на Red Bull Rookies Cup, завершив год восьмым с лучшим результатом — вторым местом в Брно. В 2015 году он стал претендентом на титул, взяв две победы и четыре вторых места и завершив год на втором месте. Это привлекло к нему внимание команды Gresini, за которую он выступил на финальном этапе 2015 года в Валенсии, прежде чем в 2016-м присоединиться к команде на полный сезон. Поборовшись за титул новичка года и взяв три подиума, Диджаннантонио остался в Del Conca Gresini Racing Team Moto3™ на 2017 год и завоевал пять подиумов, финишировав пятым в общем зачёте. Он остался в команде и в 2018-м, и сумел обеспечить себе второе место в чемпионате лёгкого класса, одержав первые две победы в гонках Гран-при.
Следующей главой итальянца стал переход в класс Moto2™ вместе со Speed Up Racing, и год выдался впечатляющим. Шесть попаданий в топ-10 в сочетании с двумя подиумами в Брно и Мизано принесли Диджаннантонио девятое место в общем зачёте и звание новичка года Moto2™. В погоне за первой победой в промежуточном классе в 2020-м итальянец смог набрать лишь два подиума, а на Гран-при Валенсии жестоко упал, ища ту самую неуловимую победу. 2021 год стал годом перемен: Диджаннантонио перешёл в Federal Oil Gresini Moto2 и пересел на мотоцикл Kalex. Удача улыбнулась ему, и он завоевал ту самую важнейшую победу в Гран-при в Хересе. Ещё три подиума позволили итальянцу заслужить долгожданный переход в MotoGP™ в 2022-м.
Главным моментом дебютной кампании Диджии стала поул-позиция на домашнем Гран-при в Муджелло, и он остался в Gresini Racing в 2023-м, но объединился с чемпионом мира — крю-чифом Фрэнки Каркеди. До летнего перерыва лучшим результатом было восьмое место, но в финальных гонках сезона итальянец поднял планку. Дебютный подиум пришёл в Австралии, а первая победа в MotoGP™ была одержана в Катаре. Поздний штраф лишил Диджаннантонио подиума и в Валенсии, но именно его невероятная форма в конце сезона позволила ему получить место рядом с Марко Беццекки в составе VR46, после того как он потерял место в Gresini, уступив его Марку Маркесу. После стабильного старта в 2024-м травма плеча в Австрии осложнила сезон Диджии. Несмотря на это, два лучших результата сезона — четвёртые места — были собраны в Австралии и Таиланде, прежде чем итальянец пропустил два заключительных этапа, перенеся операцию на плече. Но форма Диджаннантонио не осталась незамеченной, и он остался в VR46 на 2025 год, обеспечив себе захватывающий сезон, в котором итальянец вернулся на подиум впервые с 2023-го. Четыре подиума пополнили его карьерную копилку, а в 2026-м он нацелен на верхнюю ступень пьедестала — вновь выступая за Pertamina Enduro VR46 Racing Team.