La carriera del campione

Appena ventenne, non sapendo resistere al fascino della velocità, si mette alla guida di una moto Borgo con cui vince diverse gare italiane.
In seguito a un incidente motociclistico, passa alla carriera automobilistica:

• nel 1924 debutta con una Salmson GP (auto francese);
• in seguito guida Maserati, Alfa Romeo, Mercedes, Auto Union, Osca e Lancia;
• nel 1933 Enzo Ferrari lo chiama a far parte della Scuderia e alla guida dell'Alfa P3 conquista il titolo di Campione Italiano;
• passa poi alla guida della Mercedes per tre anni conseguendo stupende vittorie (AVUS, Nurburgring, Coppa Acerbo, GP Monza, GP Monaco);
• nel 1937 guida l’Auto Union fino ad un temporaneo ritiro alle corse a causa di una sciatica, pausa che si allunga forzatamente per lo scoppio della seconda guerra mondiale;
• nel 1946 ritorna in pista alla guida di una Osca di 1100cc.;
• nel 1949 partecipa al Giro delle Calabrie e conclude al secondo posto assoluto;
• nel 1950 partecipa al primo Campionato del Mondo di Formula 1 alla guida di una delle tre rosse Alfa Romeo 158 ("Alfetta F1"), insieme a Nino Farina e Juan Manuel Fangio, dando vita al terzetto delle "3 effe", le tre Alfa arriverranno prime in classifica finale, primo Farina, secondo Fangio e terzo Fagioli (a soli 3 punti da Farina);
• nell'anno successivo vince il Gran Premio di Francia, sempre alla guida dell'Alfa Romeo;
• nel 1952 trionfa nella Mille Miglia alla guida di una Lancia B20;
• il 30 maggio dello stesso anno rimane ferito in un incidente nel corso delle prove ufficiali del GP di Monaco per vetture GTI, alla guida della Lancia B20, che lo costringe al ritiro dalle gare.
   

e il 20 giugno in conseguenza delle ferite riportate nell'incidente di Monaco.
In sua memoria si corre annualmente a Gubbio il "Trofeo Luigi Fagioli", Campionato Italiano di Velocità in Montagna.