W 1993 roku zdobył tytuł Mistrza Włoch Kartingu, w 1995 został wicemistrzem w Kartingowych Mistrzostwach Świata i zajął piątą pozycję w Mistrzostwach Europy. Kulminacyjnym momentem jego kariery w kartingu było zdobycie tytułu Mistrza Świata w 2001 r., pobił także podczas jednego wyścigu siedmiokrotnego Mistrza Świata Formuły 1, Michaela Schumachera.
W 2001 r. rozpoczął starty w Niemieckiej Formule Renault, gdzie zajął drugie miejsce. Rok później startował w Niemieckiej Formule 3, zajął odległą, dziewiątą pozycję. Wygrał jednak międzynarodowy wyścig Formuły 3 w San Marino, brał udział w testach ekipy Coloni z Formuły 3000 i Williams F1 z Formuły 1. Coloni zatrudniło Liuzziego w sezonie 2003, który ukończył na czwartej pozycji. W następnym sezonie startował dla Arden. Tytuł zapewnił sobie jeden wyścig przed końcem sezonu, wygrywając sześć z dziesięciu wyścigów.
Pojawiły się spekulacje, że jego wyczyn w Formule 3000 zapewni mu pozycję kierowcy testowego w stajni Ferrari albo w stajni Sauber, stajni, która jest z Ferrari powiązana. Uczestniczył on w teście dla zespołu Sauber, ale ostatecznie stracił miejsce w drugim bolidzie na rzecz Jacques’a Villeneuve’a. W listopadzie 2004 roku dostał następną szansę i wziął udział w testach stajni Red Bull Racing i został zatrudniony na sezon 2005. Jego kontrakt przewidywał pozycję kierowcy testowego, ale także starty w wyścigach. Zastąpił Christiana Kliena w Grand Prix San Marino, Hiszpanii, Monako i Europy. Sezon zakończył z jednym punktem na 24 miejscu. W sezonie 2006 reprezentował barwy siostrzanego zespołu Red Bull Racing, przekształconego z Minardi w Scuderia Toro Rosso we wszystkich rundach. W całym sezonie ponownie zdobył tylko jedno oczko kończąc go na 19 miejscu w generalce. Sezon 2007 był ostatnim w zespole z Faenzy. Przez pierwszą część sezonu nie osiągał dobrych rezultatów, co zmieniło się dopiero w Grand Prix Chin, gdzie zdobył 3 punkty za 6 miejsce. Jego wynik przyćmił jednak młodziutki Sebastian Vettel, który dojechał na 4 pozycji. Był bliski zdobycia jednego punktu w Grand Prix Japonii, gdy na ostatnich okrążeniach wyprzedził Adriana Sutila. Sędziowie dostrzegli jednak jego błąd w postaci wyprzedzenia młodego Niemca przy żółtych flagach, przez co dostał karę doliczenia kilku karnych sekund, czego konsekwencją było przesunięcie o kilka pozycji do tyłu. Sezon ukończył na 18 pozycji. Po sezonie 2007 został zastąpiony w zespole przez wielokrotnego mistrza amerykańskiej serii Champ Car, Sébastiena Bourdais. „Tonio” pozostało tylko Force India, gdzie walczył o posadę z Giancarlo Fisichella, Ralfem Schumacherem i Christianem Klienem. Ostatecznie został jednak trzecim kierowcą zespołu z Indii.
W sezonie 2009 ponownie pełnił rolę kierowcy testowego hinduskiej ekipy, a po odejściu Giancarlo Fisichelli do Ferrari, zastąpił go w ostatnich pięciu Grand Prix w tamtym sezonie[1]. Po długiej przerwie, Włoch pomimo iż spisywał się przyzwoicie, nie zdołał zdobyć punktów. Najbliżej punktowanej pozycji był podczas swojego pierwszego występu w tym sezonie – Grand Prix Włoch 2009, jednakże w wyniku awarii silnika, wyścig musiał zakończyć przedwcześnie. W kolejnych wyścigach zajął kolejno miejsca: 14, 14, 11 i 17.
Po 2010 roku Liuzzi pojawiał się w stawce V8 Supercars, Superstars Championship Italy, FIA World Endurance Championship, Superstars International Series, Super GT, Super Formula, GT Asia – GT3 i Stock Car Brasil. W sezonie 2014/2015 Włoch podpisał kontrakt ze szwajcarską ekipą Trulli na starty w Formule E. W ciągu pięciu wyścigów, w których wystartował, uzbierał łącznie dwa punkty. Został sklasyfikowany na 23 pozycji w końcowej klasyfikacji kierowców.
