Na Mistrzostwach Europy 2008 zastąpił kontuzjowanego Fabia Cannavaro. Na turnieju tym był jednym z najlepszych włoskich zawodników. Razem z klubowym kolegą Olofem Mellbergiem stworzył duet środkowych obrońców w najlepszej jedenastce turnieju wybranej przez Castrol Index.
Na Mistrzostwach Europy 2012 wraz z reprezentacją Włoch zajął drugie miejsce.
W czasie Mistrzostw Świata w 2014 w meczu grupowym z Urugwajem został ugryziony w bark przez Luisa Suareza.
13 listopada 2017 po tym, jak reprezentacja Włoch nie zdołała zakwalifikować się na MŚ 2018, zakończył karierę w reprezentacji. Jednak po jakimś czasie ogłosił powrót do kadry i został kapitanem drużyny narodowej.
Na Mistrzostwach Europy 2020 (rozegranych w 2021 r.) wraz z reprezentacją Włoch zajął pierwsze miejsce.
Życie prywatne Giorgio Chiellini studiował ekonomię na uniwersytecie w Turynie, na którą dostał się ukończywszy szkołę średnią z wyróżnieniem. Ukończył studia w lipcu 2010.
Sukcesy A.S. Livorno Calcio Mistrzostwo Serie C/Serie C1/Lega Pro: 2001/2002
Juventus F.C.