Giancarlo militò nel kart prima di raggiungere nel 1991 la sua prima squadra corse, nella Formula Alfa Boxer. Partecipò poi per tre stagioni alla Formula 3 italiana, per la RC Motorsport. Tra i primi nel 1993, conquistò il titolo nel '94. Nello stesso anno vinse la gara di F3 di Monaco, oltre ad una delle due manche della prestigiosa corsa di Macao.

Il passaggio all'Alfa Romeo nel campionato Internazionale di Vetture Turismo nel '95 e nel '96 non segnò la fine della passione di Fisichella per le ruote scoperte, in quanto nel 1996 effettuò il suo debutto in F1, con la Minardi. Nel 1997 arrivò alla Jordan ed ottenne un secondo posto al GP del Belgio, condusse anche il GP di Germania prima di ritirarsi per un problema meccanico. Terminò la stagione 1997 all'ottavo posto e nel 1998 si spostò alla Benetton. Con questa squadra segnò la prima pole position della sua carriera ed ottenne due secondi posti. Concluse l'anno in nona posizione con 16 punti.

All'epoca l'italiano era una stella nascente della Formula 1, ma la stagione 1999 non si svolse come lui aveva sperato. Finì l'anno in nona posizione con soli 13 punti. Nel 2000 sperava in un miglioramento, ma non fu così. Nel 2001 affiancò Jenson Button dopo che il compagno di lunga data Alexander Wurz venne stato escluso dalla squadra. Il capo scuderia Flavio Briatore annunciò poi alla fine del 2000 che Giancarlo non avrebbe iniziato il 2002 con la stessa squadra e che avrebbe raggiunto la Renault; fu di parola.

Dopo uno scambio con Jarno Trulli, iniziò la stagione 2002 assieme a Takuma Sato alla Jordan. Non fu la stagione che sperava di disputare e, al Gran Premio del Giappone di fine anno, Fisichella aveva soltanto sette punti nel suo bottino, grazie a tre quinti posti e ad un sesto posto. Il 2003 fu una delle stagioni più difficili del pilota italiano, anche se ottenne la sua prima vittoria nella categoria regina al Gran Premio del Brasile. La sua motivazione soffrì dai mezzi poco competitivi ed affidabili che aveva a disposizione.

Nel 2004 Fisichella segnò nove punti con la Sauber la quale si piazzò all'undicesimo rango della classifica costruttori. Il problema derivò dal fatto che la squadra svizzera non riuscì a far funzionare le gomme Bridgestone sulla C23 in qualifica. Il romano si vide così relegato più volte a fondo griglia con molta benzina per cercare di guadagnare posizioni nelle ultime fasi della gara.

Il pilota italiano tornò alla Renault nel 2005, primo dei suoi due anni di contratto. La stagione iniziò alla grande per Fisichella che si impose al Gran Premio d'Australia ma, purtroppo per lui, fu il momento più bello di un'annata rivelatasi poi difficile da vivere. Mentre il suo compagno di squadra Fernando Alonso conquistò il titolo mondiale e mentre la Renault si impose nel campionato costruttori, Fisichella salì sul podio soltanto due volte dopo Melbourne.

Dominato da Alonso per tutta la stagione, Fisichella doveva riprendersi nel 2006 in quello che è stato il suo decimo anno intero in Formula 1. Tuttavia la stagione è stata più o meno simile a quella precedente, nonostante una vittoria conquistata presto a Melbourne. Alonso ha di nuovo ottenuto il titolo mondiale mentre Fisichella ha concluso la stagione al quarto posto. Ora che Alonso ha raggiunto la McLaren, Fisichella ha prolungato il suo contratto di un anno, con la speranza di condurre la Renault al successo nel 2007.

La scorsa stagione non si è rivelata all'altezza delle aspettative. Dopo un buon avvio, il romano ha ottenuto soltanto un punticino, mentre il compagno di squadra Kovalainen si è regolarmente piazzato nella top 8.

Il 2008 del romano è stato un anno difficile nel quale non è riuscito a segnare nessun punto, pur ottenendo il miglior risultato stagionale del team. Nel 2009 spera di poter lottare con più efficacia per la top 8.