CARRIERA

Esordisce in Serie A nel 1988 con la maglia della Lazio, che lo cede poi al Monza, dove resta 3 anni fra Serie B e Serie C1. Nel Monza riesce a conquistare un posto da titolare, ma viene impiegato in tutte le posizioni, compresa quella di centravanti. Nel 1992 torna nella massima categoria con il Foggia, rimanendo in rossonero tre stagioni sotto la guida di Zdeněk Zeman, il quale lo riconverte al ruolo di mediano. Seguono cinque annate alla Roma, in cui viene allenato successivamente da Carlo Mazzone, Carlos Bianchi e poi di nuovo da Zeman. Dal 1999 al 2003 gioca con l'Inter, dove diventa perno fondamentale del centrocampo della formazione di Héctor Cúper nelle stagioni 2001-2002 e 2002-2003. Nel suo ultimo anno in maglia neroazzurra raggiunge la semifinale di Champions League. In quattro anni Di Biagio fa registrare 163 presenze, realizzando in totale 18 reti tra Campionato, Champions League, Coppa UEFA e Coppa Italia.Nel 2003 passa al Brescia, dove gioca finendo la stagione 2005-2006 in Serie B per poi rescindere il contratto con il club lombardo. Nell'ottobre 2006 viene ingaggiato dall'Ascoli, ma a causa del mancato rispetto dei tempi di rescissione del contratto con la sua vecchia squadra, il Brescia, rimane disoccupato fino a gennaio 2007,quando diventa ufficialmente calciatore della formazione marchigiana. Nel frattempo, pur continuando ad allenarsi con l'Ascoli, tra novembre e dicembre gioca alcune partite con la Polisportiva La Storta di Roma, allenata dall'ex giocatore di Lazio e Dundee Alessandro Romano. Nel gennaio del 2007 può approdare ad Ascoli, dove colleziona sette presenze e due gol, per un totale di 523 minuti giocati. L'annata è contrassegnata dalla retrocessione in Serie B dei Piceni. A gennaio 2008 firma un contratto con la Polisportiva La Storta come allenatore dei giovanissimi regionali 1993. Il 3 luglio 2008 riesce a prendere il patentino di allenatore di prima categoria. Capace di giocare sia come mediano con attitudini difensive sia come difensore centrale. Dotato di un gran tiro era preciso nei lanci e molto potente sui calci di punizione e sulle conclusioni dalla distanza. Pericoloso anche nel gioco aereo segnò un goal di testa nel match Italia-Camerun 3-0 ai mondiali del 1998.

NAZIONALE

Ha esordito in Nazionale il 28 gennaio 1998, nella partita Italia-Slovacchia (3-0). Conta 31 presenze e 2 gol con gli Azzurri. Di Biagio è stato un elemento importante della Nazionale sotto le gestioni dei ct Maldini, Zoff, e Trapattoni. Di lui si ricorda il rigore stampato sulla traversa contro la Francia, con successiva eliminazione, nei quarti di finale del Mondiale 1998. Ha partecipato anche all'Europeo 2000 realizzando uno dei rigori decisivi nella semifinale contro i padroni di casa dell'Olanda. Nel 2002 è incluso da Trapattoni per il mondiale nippo-coreano. L'ultima sua apparizione con la maglia azzurra risale al novembre 2002.

ALLENATORE

Il 25 luglio 2011 viene nominato selezionatore della nazionale italiana Under-20.

Il 2 luglio 2013 diventa selezionatore della nazionale italiana Under-21.

Esordisce in gare ufficiali sulla panchina dell'Under-21 il 14 agosto seguente, in occasione della partita amichevole vinta 4-1 contro la Slovacchia. Nell'ottobre 2014, proprio con una vittoria contro gli slovacchi ai play-off, si qualifica all'Europeo Under-21 2015 in Repubblica Ceca, da cui gli Azzurrini sono eliminati nella fase a gironi. Nell'edizione 2017 del torneo conduce gli Azzurrini alla semifinale, dove sono sconfitti dalla Spagna per 3-1.

Il 5 febbraio 2018 assume ad interim l'incarico di CT della nazionale maggiore per le amichevoli giocate il 23 e 27 marzo contro Argentina e Inghilterra e successivamente torna a guidare l'Under-21 fino al 25 giugno 2019.

Il 10 febbraio 2020 subentra a Leonardo Semplici alla guida della SPAL, in Serie A e lascia la panchina al termine della stagione.