A lo largo de su carrera Luigi jugó para Lazio (1988-89), Monza (1989-92), Foggia (1992-95), AS Roma (1995-99), Internazionale (1999-2003), y Brescia Calcio (2003-2006).
Fue internacional con la selección italiana, defendió la azzurra en el Mundial de Francia 1998, en la Euro 2000 y en el Mundial Corea-Japón 2002.
Di Biagio firmó por el Ascoli en noviembre de 2006, pero la oferta no era válida por la federación, ya que el jugador no fue liberado gratis por Brescia antes del 30 de junio (la fecha límite).
La oferta por lo tanto fue aplazada durante enero de 2007, y mientras tanto Di Biagio continuó a entrenarse con Ascoli, y jugó de noviembre a diciembre con promoción del club Polisportivo La Storta de Roma, entrenada por su amigo y antiguo futbolista de la Lazio y del Dundee F.C., Alejandro Romano.
[1] Se retiró jugando para el mismo Ascoli (2006-07).