Nato a Savona, Fabio Fazio si laurea in Lettere all'Università di Genova.
Debutta nel 1982 in radio come imitatore nel programma Black out, mentre la televisione lo vede esordire nel 1983 accanto a Raffaella Carrà in Pronto Raffaella. Nel 1984 affianca Loretta Goggi in Loretta Goggi in quiz e partecipa a Sponsor City. Poi si occupa di trasmissioni a target giovanile, passando poi nei primi anni Novanta al satirico Banane (su Telemontecarlo), Mi manda Lubrano e Fantastico Bis.
Dopo Diritto di replica su Raitre, arriva il successo con Quelli che... il calcio, da lui scritto e condotto, prima su Raitre e poi su Raidue. La conduzione prosegue fino al 2001, quando Fazio passa a LA7 lasciando il testimone a Simona Ventura.
Nel 1996 scrive il film Pole pole, che Massimo Martelli gira in Africa per sostenere l'AMREF. Il film, in cui interpreta se stesso, viene presentato fuori concorso alla Mostra internazionale d'arte cinematografica di Venezia. Nel 1997, sempre con Martelli come regista, interpreta la fiction Un giorno fortunato, e nello stesso anno con Claudio Baglioni conduce il programma revival anni Settanta Anima mia, consacrazione nazionale ufficiale che lo porterà a condurre il Festival di Sanremo nel '99 e nel 2000.
Dopo due anni di silenzio torna nel 2003 a Raitre, dove presenta Che tempo che fa, programma di approfondimento con interviste a ospiti in studio e interventi comici e satirici. La trasmissione gli varrà il Premio "È giornalismo" 2007. A novembre 2010 conduce poi, insieme allo scrittore Roberto Saviano, il programma Vieni via con me , che risulterà il programma più visto della storia di Raitre. Nel 2012, sempre con Saviano, conduce su LA7 Quello che (non) ho, anche questo programma campione d'incassi. Per i due anni successivi gli viene affidata la conduzione del Festival di Sanremo, per il quale vuole con sé Luciana Littizzetto.