Giancarlo Giannini a passé la majeure partie de son enfance dans le village de Pitelli (La Spezia). En 1952, Giannini et sa famille déménagent à Naples où il obtient un diplôme d'ingénieur en électronique à l'Institut technique d'État Alessandro Volta. Pendant son adolescence, il s'installe à Rome et étudie le théâtre à l'Académie nationale d'art dramatique Silvio D'Amico.

Giannini a interprété un large éventail de personnages, souvent très différents les uns des autres : de l'ouvrier prolétaire au chef de la mafia, du protagoniste des films comiques italiens à celui de nature plus dramatique. Il a également été très actif à la télévision, en tant qu'acteur, chanteur et danseur.

Au cours de sa longue carrière, Giannini a travaillé avec un grand nombre des meilleurs réalisateurs italiens, parmi lesquels Luchino Visconti, Sergio Corbucci, Lina Wertmüller, Mario Monicelli, Dino Risi, Alberto Lattuada, Nanni Loy, Tinto Brass et Franco Brusati. Il a doublé de nombreux acteurs étrangers célèbres, dont Al Pacino, Jack Nicholson, Michael Douglas, Gérard Depardieu, Jeremy Irons, Dustin Hoffman, Ian McKellen, Ryan O'Neal et Leonard Whiting.

Il a remporté des prix prestigieux en Italie et à l'étranger et a été nominé pour l'Oscar du meilleur acteur en 1977 pour son interprétation dans Pasqualino Settebellezze de Lina Wertmüller.