Fuoco debüteeris kardis nelja-aastaselt ja sõitis erinevatel Euroopa meistrivõistlustel, tõustes 2012. aastal juunioride kategooriast KF2-sse, saavutades WSK eurosarjas 3. ja CIK-FIA KF2 Euroopa meistrivõistlustel 4. koha.
2017. aastal siirdus ta Prema meeskonnaga Vormel 2-sse, kuid AustriasRed Bull Ringil vaid ühe poodiumi võitnud Antonio jaoks ei alanud hooaeg hästi. Hooaja esimest poolt iseloomustavad vead ja ebaõnned, mis viivad ta meeskonnakaaslasest Charles Leclercist järjekindlale vahele. Asjad paranevad hooaja teisel poolel, kus ta võidab Spa ja Monza sõitude vahel võidu ja kolm poodiumit. Ta lõpetab hooaja kaheksandal positsioonil.
Järgmisel hooajal jääb ta kategooriasse, siirdudes koos Louis Delétraziga uude meeskonda Charouz. Hooaja jooksul saavutas ta kokku kaks võitu ja kuus poodiumit, parandades eelmise hooaja tulemust ja saavutades üldarvestuses seitsmenda koha.
Vormel E
2018. aastal tegi Dragoni tiim ametlikuks itaallasest sõitja kaasamise proovisõitjana.
Vormel 1
2019. aastal palkas ta Scuderia Ferrarisse kolmandaks sõitjaks ja seejärel kinnitati ta 2020. aastal uuesti. 15. detsembril 2020 osales ta Yas Marina ringrajal Ferrari SF1000-ga testidel, saavutades seitsmenda kiireima aja.