Nel 1942, ancora molto giovane entrò a far parte del mondo del cinema come aiuto-operatore in Un colpo di pistola (Renato Castellani). Negli anni del dopoguerra ebbe l'opportunità di affinare i propri mezzi tecnici ed espressivi a fianco di eccellenti operatori, come Ubaldo Arata, Otello Martelli, G. R. Aldo, perfezionando sempre più il mestiere e sfruttando al meglio la sua notevole sensibilità artistica. Nel 1951 esordi come direttore di fotografia in Achtung banditi! di Carlo Lizzani. Ciò gli permise di rivelare le sue notevolissime qualità estetiche e la sua abilità tecnica, ben visibile nella sensibilissima rappresentazione del paesaggio e dell'ambiente; tuttavia, egli ottenne i risultati migliori soprattutto con Michelangelo Antonioni, interpretando in termini visivi e luministici il personalissimo mondo poetico del regista ferrarese ed esprimendolo attraverso le immagini e i giochi di luce. Da Le amiche (1955), Il grido (1957), L'eclisse (1962), fino a La notte (1965), Di Venanzo studiò ed approfondì ininterrottamente le tematiche e i moduli espressivi della poetica di Antonioni, riuscendo a tradurli in una fotografia ricca di atmosfera e di significati, perfettamente consona allo spirito dell'opera, ma del tutto priva di compiaciuti estetismi. Di Venanzo, il cui talento deve essere considerato tra i più significativi del cinema italiano di questi ultimi anni, seppe ottenere risultati degni di nota anche con i film di altri registi, come Francesco Maselli, Francesco Rosi, Carlo Lizzani, Federico Fellini. Soprattutto in due film di quest'ultimo regista, Otto e mezzo (1963) e Giulietta degli spiriti (1965) egli riuscì a rendere visivamente con estrema raffinatezza ed efficacia spettacolare il clima surreale e fantastico che caratterizza e rende uniche queste opere. In particolare,alcune soluzioni coloristiche di Di Venanzo, presenti in Giulietta devono essere considerate una tappa fondamentale nella storia della filmografia a colori, costituendo un esempio unico e geniale per originalità e raffinatezza interpretativa, tale da far rimpiangere la grave perdita subita dall'arte cinematografica a causa della sua prematura scomparsa.