Varakkaan italialaisperheen lapsena Fagioli aloitti kilpa-autoilun 20–30 vuoden ikäisenä Maseratin autonkehityskuljettajana voittaen muun muassa Monzan GP:n 1931 ja Rooman GP:n 1932 sekä useita palkintokorokesijoituksia.[2] Vuonna 1933 Fagioli siirtyi Ferrarin kilpatalliin hyvällä menestyksellä voittaen Italian osakilpailun.[2] Vuotta myöhemmin hän kilpaili natsien rahoittamalla Mercedeksellä menestyksekkäästi, vaikka joutui usein erimielisyyksiin tallikaverien ja tallinjohdon kanssa.[2] Tallin menestys kuitenkin hiipui, ja Fagioli siirtyi kaudeksi 1937 Auto Union -talliin, jossa vihamielisyydet tallikaverin Rudolf Caracciolan kanssa purkautuivat erityisesti Tripolin GP:n aikoihin, jossa hänen raportoitiin käyneen Caracciolan kimppuun rengasvasara kädessään.[2] Vuonna 1936 alkanut reumatismi pakotti Fagiolin käyttämään kävelykeppiä, ja hän vetäytyi kilpailemisesta kesken kauden.[2]
F1-ura
Fagioli palasi terveempänä kilpailemaan 1940-luvun lopussa. Hän oli mukana F1-sarjassa alusta asti aloittaen ensin sarjan ulkopuolisissa kilpailuissa.[2][3] Hän ajoi historian ensimmäisessä F1-GP:ssä Britannian GP:ssä toiseksi, Giuseppe Farinan jälkeen Alfa Romeolla. Farinan ja Juan Manuel Fangion kanssa hän muodosti Alfa Romeolla legendaarisen kolme F:n joukkueen, joka oli voittamaton sinä kautena, kun he keräsivät yhteensä 85 pistettä, joista loppupisteissä laskettiin 81.[2][5] Farina ja Fangio voittivat molemmat kolme kilpailua seitsemästä ja Farina vei mestaruuden, mutta takana oli toinen taisto.[5] Fangio, joka voitti kolme kilpailua Fagiolin pyöreää nollaa vastaan, keräsi kuitenkin yhden pisteen vähemmän kuin Fagioli (Fagioli oli neljä kertaa toinen ja kerran kolmas), mutta tuolloisissa säännöissä laskettiin vain neljän parhaan kilpailun pisteet, mikä auttoi Fangion MM-sarjassa lopulta toiseksi kolmella pisteellä ennen Fagiolia.[5]
Kaudella 1951 Fagioli ajoi vain yhden kisan, Ranskan GP:n, jonka hän voitti jaetun ajon seurauksena Juan Manuel Fangion kanssa.[2][6] Fagiolista tuli vanhin GP-voittaja, mutta hän oli katkera joutuessaan jakamaan autonsa kilpailussa ja siirtyi ajamaan urheiluautoja. Hän sijoittui Mille Migliassa kolmanneksi päihittäen entisen verivihollisensa Caracciolan.[2]
Kuolema
Vuoden 1952 Monacon Grand Prix’n yhteydessä pidetyn vakioautokilpailun harjoituksissa Fagioli ajoi Lanciallaan päin seinää.[2] Hänen jalkansa murtui, ja hän menehtyi onnettomuuden aiheuttamiin komplikaatioihin kolme viikkoa myöhemmin.[2]