Većinu svoje karijere proveo je u Juventusu, gdje je osvojio osam naslova Serie A, četiri naslova Coppa Italia i tri naslova Supercoppa Italiana. Također je imao uspješne nastupe s njemačkim Wolfsburgom i talijanskim Palermom.
Na međunarodnoj razini, Barzagli je predstavljao Italiju 73 puta, postigavši jedan gol. Bio je dio talijanskog tima koji je osvojio Svjetsko prvenstvo u nogometu 2006., a također je predstavljao svoju zemlju na Europskom prvenstvu 2012. i Svjetskom prvenstvu u nogometu 2014.
Nakon što se povukao iz igranja 2019., Barzagli je počeo raditi kao stručnjak za talijansku televiziju. Također je nositelj UEFA Pro licence i izrazio je interes za treniranje u budućnosti.