A carreira artística da atriz começou no programa infantil da Angélica, ainda na Rede Manchete, como uma das angeliquetes da atração, cuidando para que as crianças se divertissem nas gincanas. Após alguns testes na Rede Globo, fez a novela Tropicaliente, reprisada no Vale a Pena Ver de Novo. Logo, voltou à Manchete para atuar nas tramas Tocaia Grande, como protagonista e Xica da Silva, com personagem de grande sucesso.

Depois do sucesso na Manchete, voltou à Globo, onde atuou como Capitu, da novela Laços de Família, interpretando uma prostituta de alto luxo. Polêmica, a personagem era uma garota da classe média carioca, mãe solteira, que sustentava a família com o dinheiro da prostituição. A química com seu par romântico, o ator Luigi Baricelli, também cativou o público.

Foi protagonista da telenovela O Clone, de Glória Perez, como Jade. A personagem destacou-se por seus véus, jóias e maquiagem exótica que caracterizava a muçulmana. A novela mostrava os conflitos enfrentados pela mulher que estava dividida entre o amor e as obrigações religiosas. Foi em O Clone que a atriz se apaixonou por Murilo Benício, que era seu par romântico, e ambos se casaram; atualmente já não estão mais juntos.

Ainda estrelou as minisséries A Casa das Sete Mulheres, em 2003. Giovanna Antonelli recebeu vários elogios pela sua desenvoltura, originalidade e pela maneira com que se desvencilhou da marca de sua personagem Jade, que a lançou ao estrelato no Brasil. A personagem Anita ficou um pouco ofuscada pelo romance entre Giuseppe e Manuela, mas mesmo assim Giovanna deu vida e cor à sua personagem. Essa minissérie a consagrou na teledramaturgia. Estrelou ainda Amazônia, de Galvez a Chico Mendes,em 2007. Foi a terrível Bárbara da novela Da Cor do Pecado, em 2004.

Em maio de 2005 nasceu seu primeiro filho, Pietro.

Em 2007 atuou na nova novela das 7: Sete Pecados, interpretando mais uma protagonista e contracenando novamente com Reynaldo Gianecchini.

Depois de Benício ela veio a se casar com o ator norte-americano Robert Locascio.

Telenovelas

* 1994 - Tropicaliente ... Benvinda
* 1995 - Tocaia Grande ... Ressu de Iansan
* 1996 - Xica da Silva ... Elvira
* 1998 - Corpo Dourado ... Judy
* 1999 - Força de Um Desejo ... Violeta
* 1999 - Malhação ... Isa (Isabel Pasqualete)
* 2000 - Laços de Família ... Capitu
* 2001 - O Clone ... Jade Rachid
* 2004 - Da Cor do Pecado ... Bárbara Campos Sodré Peixoto de Almeida
* 2007 - Sete Pecados ... Clarice Florentino Ferraz
* 2008 - Três Irmãs ... Alma Jequitibá

Minisséries

* 2003 - A Casa das Sete Mulheres ... Anita Garibaldi
* 2007 - Amazônia, de Galvez a Chico Mendes ... Delzuite Gonçalves

Outros programas

* 1991-1993 - Clube da Criança
* 1998 - Você Decide (episódio "A Cunhada")
* 1999 - Você Decide (episódio "Ninguém é Perfeito")
* 1999 - Você Decide (episódio "Gol de Placa")
* 2002/2006 - "Apresentadora" do Cine Conhecimento
* 2006 - Minha Nada Mole Vida (episódio "Procura-se uma namorada") ... Bia
* 2008 - Casos e Acasos... Jamile (4º episódio: "O triângulo, a tia Raquel e o pedido")
* 2008 - "Repórter por um dia" do Fantástico

No cinema

* 2000 - Bossa Nova .... Sharon
* 2002 - Avassaladoras .... Laura (também produtora associada)
* 2003 - Maria, Mãe do Filho de Deus .... Maria
* 2004 - A Cartomante .... Karen Albuquerque
* 2007 - Caixa Dois .... Ângela
* 2007 - Por Acaso .... nome não-publicado
* 2008 - Budapeste .... Vanda
* 2008 - The Heartbreaker .... Ana (brasileira que mora em Boston)

No teatro

* 2001 - O Auto da Paixão de Cristo ... Maria Madalena
* 2003 - A Paixão de Cristo ... Maria
* 2004 - Dois na Gangorra ... Gittel