Večino kariere je preživel pri Juventusu, kjer je osvojil osem naslovov Serie A, štiri naslove Coppa Italia in tri naslove Supercoppa Italiana. Uspešno je igral tudi pri Wolfsburgu v Nemčiji in Palermu v Italiji.
Na mednarodni ravni je Barzagli zastopal Italijo 73-krat in dosegel en gol. Bil je del italijanske ekipe, ki je zmagala na svetovnem prvenstvu v nogometu 2006, svojo državo pa je zastopal tudi na evropskem prvenstvu 2012 in svetovnem prvenstvu 2014.
Po upokojitvi leta 2019 je Barzagli začel delati kot strokovnjak za italijansko televizijo. Je tudi imetnik licence UEFA Pro in je izrazil zanimanje za treniranje v prihodnosti.