ליכטשטיינר החל את הקריירה בקבוצת גראסהופרס ציריך כאשר עלה מקבוצת הנוער בעונת 2000/2001, אך בעונת הבכורה שלו שותף במשחק ליגה בודד. בעונות הבאות, ביסס ליכטשטיינר את מעמדו כבורג מרכזי בהרכב הקבוצה, ואף זכה עימה באליפות בעונת 2002/2003.
בעונת 2004/2005 עבר ליכטשטיינר לקבוצת ליל הצרפתית. הוא הפך במהרה לשחקן הרכב במועדון, ואף עזר לו לסיים את העונה במקום השלישי בליגה המזכה בכרטיס לליגת האלופות. בעונתו האחרונה במועדון כבש ליכטשטיינר ארבעה שערים, אך סיים עם קבוצתו רק במקום השביעי בליגה, והקבוצה נותרה מחוץ למפעלים האירופאים בעונה שלאחר מכן.
בשנת 2005 זומן ליכטשטיינר לסגל נבחרת שווייץ, אך נותר על הספסל במשחקים בהם זומן. את הופעת הבכורה שלו במדים הלאומיים ערך במשחק הידידות נגד נבחרת ברזיל ב-11 באוקטובר 2006. הוא שותף בכל משחקי נבחרתו בטורניר יורו 2008, ובשמונה מעשרת משחקיה במוקדמות מונדיאל 2010.
בשנת 2011 עבר השחקן ליובנטוס תמורת 10 מיליון יורו, איתה זכה באליפות לאחר עונה שלמה ללא הפסד.
בשנת 2012 ליכטשטיינר זכה עם יובנטוס בסופרקאפ האיטלקי ובגביע ברלוסקוני.