Marchisio, nazywany przez kibiców z Turynu "Il Principino" (Mały Książę) po raz pierwszy w Juventusie wystąpił w 2006 roku, w sumie w ekipie "Bianconero" przez dwanaście lat rozegrał ponad 400 meczów. Siedem razy zdobył tytuł mistrza Włoch, czterokrotnie z klubem z Piemontu triumfował w krajowych rozgrywkach pucharowych. W 2016 roku doznał poważnej kontuzji lewego stawu kolanowego, przez co jego kariera została znacznie ograniczona. Ostatni sezon 2018/19 spędził w rosyjskim Zenicie St. Petersburg, ale tam także, z powodu problemów zdrowotnych, miejsca nie zagrzał. W reprezentacji Włoch rozegrał 55 spotkań w których strzelił pięć bramek. W 2012 roku zdobył tytuł wicemistrza Europy, gdy w finale rozegranym 1 lipca na stadionie w Kijowie Hiszpania pokonała Włochy 4-0 (2-0).