Il debutto in GP2 arriva nel 2016 con il team Prema Powerteam. Conquista la sua prima vittoria nella categoria di GP2 durante il Gran Premio d’Europa e si aggiudica il secondo posto in classifica con cinque successi tra i quali spicca quello ottenuto a Monza partendo dall’ultima posizione sullo schieramento.
La stagione sportiva 2017 lo vede impegnato come terzo pilota della Scuderia Ferrari ma ha anche modo di debuttare in Formula 1 quando, per due gare, prende il posto dell’infortunato Pascal Wehrlein al volante della Sauber-Ferrari.
Nel 2018 prende il via della 24 ore di Le Mans ottenendo il quinto posto al volante della Ferrari 488 GTE del team AF Corse e gira nelle prove libere del venerdì di sei Gran Premi rimanendo terzo pilota della Scuderia Ferrari.
Nel 2019, pur mantenendo la mansione all’interno della squadra italiana, diventa pilota titolare del team Alfa Romeo Racing, affiancando il finlandese Kimi Räikkönen. Nella sua prima stagione ha ottenuto 14 punti e il quinto posto in Brasile come miglior risultato.
Nella sua prima stagione completa ha ottenuto 14 punti e il quinto posto in Brasile come miglior risultato, mentre nel 2020 ha conquistato un nono posto in Austria e due decimi nel GP dell’Eifel e in quello dell’Emilia Romagna.
Nella prima stagione interamente dedicata alle corse endurance, nel 2023 Giovinazzi è tornato sul podio, a Spa-Francorchamps, a sette anni dall’ultima volta. Con il successo di Le Mans il pilota pugliese e Pier Guidi portano a sei il numero degli italiani vincitori della gara francese.