Pályafutása nagy részét a Juventusnál töltötte, ahol nyolc Serie A-t, négy olasz kupát és három Supercoppa Italiana-címet nyert. A németországi Wolfsburgban és az olaszországi Palermóban is volt sikeres időszaka.
Nemzetközi szinten Barzagli 73 alkalommal képviselte Olaszországot, és egy gólt szerzett. Tagja volt a 2006-os labdarúgó-világbajnokságot megnyerő olasz csapatnak, valamint a 2012-es UEFA Európa-bajnokságon és a 2014-es labdarúgó-világbajnokságon is képviselte hazáját.
Miután 2019-ben visszavonult a játéktól, Barzagli szakértőként kezdett dolgozni az olasz televíziónál. Emellett UEFA Pro Licenc tulajdonosa, és érdeklődését fejezte ki a jövőbeni edzői tevékenység iránt.