Liuzzi begann seine Rennfahrerkarriere 1991 mit dem Kart. Im Jahr 2002 wechselte er in die Deutsche Formel-3-Meisterschaft und belegte dort den 4. Rang. 2003 fuhr Tonio in der Formel 3000 und belegte im Endergebnis den 4. Platz. In der Saison 2004 kam dann der Durchbruch: von zehn Rennen fuhr er neun mal auf die Pole-Position und konnte so sieben Rennen für sich entscheiden.
In seinem ersten Formel-1-Rennen, dem Großen Preis von San Marino, am 24. April 2005 konnte Vitantonio Liuzzi mit einem 8. Platz seinen ersten WM-Punkt einfahren. Beim Großen Preis der USA 2006 erreichte er wieder einen 8. Platz. Am Ende der Saison lag er auf dem 20. Platz der Fahrer-WM.