Il a passé la majorité de sa carrière à la Juventus, où il a remporté huit titres de Serie A, quatre titres de Coppa Italia et trois titres de Supercoppa Italiana. Il a également connu des succès avec Wolfsburg en Allemagne et Palerme en Italie.
Au niveau international, Barzagli a représenté l'Italie 73 fois, marquant un but. Il faisait partie de l'équipe italienne qui a remporté la Coupe du Monde de la FIFA 2006 et a également représenté son pays au Championnat d'Europe de l'UEFA 2012 et à la Coupe du Monde de la FIFA 2014.
Après avoir pris sa retraite en 2019, Barzagli a commencé à travailler comme expert pour la télévision italienne. Il est également titulaire d'une licence Pro de l'UEFA et a exprimé son intérêt pour l'entraînement à l'avenir.