Ha conquistato la medaglia d'oro ai Giochi olimpici di nei 1500 m stile libero avvicinando il record del mondo con 14'34"57, tempo vicino al suo personale, davanti a Connor Jaeger e al connazionale Gabriele Detti. Ha conquistato la medaglia d'argento negli 800 metri in vasca e il bronzo nella 10 km in acque libere ai Giochi olimpici di Tokyo 2020, terzo atleta della storia a riuscire a vincere una medaglia, nella stessa edizione dei Giochi, sia in piscina che in acque libere. Ha conquistato la medaglia di bronzo ai Giochi olimpici di Parigi 2024 negli 800 metri stile libero e sempre nella stessa edizione quella d'argento nei 1500 metri stile libero, diventando il primo nuotatore italiano per numero di medaglie olimpiche vinte, l'unico capace di andare a medaglia per tre Olimpiadi consecutive, nonché l'unico (maschio) a partecipare a quattro finali olimpiche nella stessa gara, secondo solo, in Italia, al record di 5 finali olimpiche di Federica Pellegrini.
Insieme a Massimiliano Rosolino e Thomas Ceccon è l'unico nuotatore italiano a detenere una medaglia olimpica per ciascun metallo (oro, argento, bronzo).
Biografia Gregorio Paltrinieri, soprannominato “Greg”, incominciò a muovere le prime bracciate già all'età di tre mesi quando i genitori lo iscrissero ai primi corsi di acquaticità. Il padre Luca, ex nuotatore agonista di buon livello, gestisce la piscina di Carpi in provincia di Modena dal momento dell'inaugurazione della nuova struttura nel 2015. Fu proprio in quella piscina che il nuotatore carpigiano cominciò ad allenarsi sotto la guida del padre. Prima di quella data il padre gestiva la piscina di Novellara, che è la piscina dove Gregorio si è allenato ed è cresciuto agonisticamente fino al trasferimento a Ostia sotto la guida del suo nuovo allenatore Stefano Morini. La carriera di Gregorio cominciò nella rana, che rimase la sua specialità sino ai 12 anni. Successivamente, complice lo sviluppo fisico e la notevole statura, passò allo stile libero. Gareggia per la società Coopernuoto e dal 10 luglio 2012 anche per la squadra della Polizia di Stato.
È un appassionato di basket, in particolare è un tifoso dei New York Knicks e sin da piccolo sognava di diventare una stella dell'NBA; inoltre, è un grande appassionato di calcio, in particolare della Juventus. Per quanto riguarda il nuoto, il suo modello è l'australiano Ian Thorpe che vide per la prima volta in televisione ai Giochi olimpici di Sydney 2000 quando vinse tre ori e due argenti.
Dal 2021 ha una relazione sentimentale con la spadista italiana Rossella Fiamingo.
Nel 2025 è stato eletto nel Consiglio Nazionale del CONI.
Carriera
2011: Europei giovanili di Belgrado e Mondiali giovanili di Lima Partecipazione per Europei giovanili di Belgrado 2011 Oro Bronzo Mondiali giovanili di Lima 2011 Argento Bronzo Nel mese di aprile gareggiò nei 1500 m stile libero ai Campionati assoluti di Riccione, durante i quali arrivò ai piedi del podio in 15'19"57. Nell'estate dello stesso anno si rivelò al panorama natatorio nazionale quando al "48º Trofeo Sette Colli" vinse i 1500 m stile libero in 15'04"90. Realizzò, in quell'occasione, la quarta migliore prestazione italiana di sempre e riuscì a migliorare il proprio personale di circa quindici secondi. Tale riferimento cronometrico venne ripetuto e migliorato di circa 4 decimi anche nel finale di stagione, nel corso dei Campionati italiani invernali quando vinse il suo primo titolo. Gli ottimi e inaspettati risultati ottenuti a Roma gli valsero di fatto la qualificazione ai Mondiali di nuoto di Shanghai, nonostante la partecipazione dell'atleta fosse già programmata per gli Europei e i Mondiali juniores. La Federazione ritenne comunque opportuna la partecipazione di Gregorio anche all'edizione iridata di Shanghai, così da permettergli di fare esperienza in una grande manifestazione.
La stagione estiva dell'atleta fu molto intensa, fitta di manifestazioni internazionali quali gli Europei e i Mondiali giovanili e i Campionati mondiali di Shanghai. Nelle prime due manifestazioni riuscì ad andare a medaglia in tutte le finali disputate, mentre ai mondiali cinesi si fermò alle batterie al 19º posto.
Nei primi giorni di luglio prese parte ai Campionati europei giovanili a Belgrado. In questa occasione conquistò le prime due medaglie internazionali della sua carriera, vincendo un oro nei 1500 m e un bronzo negli 800 m stile libero. Nella distanza più lunga si impose subito sul connazionale Gabriele Detti e sul turco Ediz Yildirimer riuscendo a vincere la gara in 15'12"16, con più di quattro secondi di vantaggio sull'italiano, secondo in 15'16"86, e oltre dieci secondi sul turco, terzo in 15'25"71.
L'atleta turco si rifece però vincendo la distanza più breve, nella quale Gregorio salì sul terzo gradino del podio dietro al connazionale Gabriele Detti. La gara si preannunciò un testa a testa tra i tre atleti sin dalle prime bracciate. Alla virata dei 700 m Gabriele Detti accelerò per provare a staccarsi dal gruppo. Il tentativo del livornese venne respinto negli ultimi 50 m, quando il turco inserì la gambata per il rush finale, concludendo al primo posto davanti a Gabriele e al carpigiano che chiuse in 8'01"31.
Un paio di settimane dopo l'esperienza dei mondiali di Shanghai gareggiò a Lima in occasione dei campionati mondiali giovanili. Ancora una volta riuscì a salire sul podio in entrambe le gare disputate, riuscendo a vincere un argento e un bronzo. Nella gara più breve, gli 800 m stile libero, vinse il bronzo in 8'02"06 dietro a Gabriele Detti e l'americano Evan Pinion.
Nell'ultima giornata dei mondiali giovanili disputò la sua gara preferita, nella quale riuscì a migliorarsi in termini di piazzamento, arrivando al secondo posto sempre alle spalle di Evan Pinion. Fin dai primi metri la gara fu condotta d'autorità dall'atleta statunitense, sebbene Gregorio lo marcasse a breve distanza. Fu determinante l'accelerazione di Pinion tra i 900 e 1200 m, il quale distanziò definitivamente l'atleta azzurro che fu incapace di replicare. Gregorio Paltrinieri terminò le trenta vasche conquistando l'argento in 15'15"02 con circa quattro secondi di svantaggio dal primo classificato.
«Sono contento – disse Paltrinieri dopo i successi di Lima – anche se la forma non era delle migliori; lo dimostrano i miei tempi: se avessi nuotato il mio personale, oggi sarei campione del mondo. Ma è andata così. Pinion si è dimostrato più forte, o semplicemente più pronto di me. Comunque ha vinto. Adesso mi prenderò qualche giorno per riposarmi. A settembre si ricomincia a fare sul serio».
2012: Europei di Debrecen e i Giochi olimpici di Londra Partecipazione per Europei di Debrecen 2012 Oro Argento Europei in vasca corta di Chartres 2012 Oro Mondiali in vasca corta di Istanbul 2012 Argento Nel 2012 il mezzofondista azzurro partecipò agli Europei di Debrecen, durante i quali riuscì a vincere l'oro continentale ottenendo anche il tempo limite per la qualificazione ai Giochi olimpici di Londra. Nel finale di stagione realizzò un'altra importante prestazione nei 1500 m quando, in occasione degli Europei in vasca corta di Chartres, vinse la medaglia d'oro. Ai Mondiali in vasca corta di Istanbul vinse l'argento alle spalle del danese Mads Glæsner, che sei mesi più tardi venne squalificato per doping. La squalifica significò per Paltrinieri la conseguente vittoria e consegna della medaglia d'oro. Tuttavia, in seguito al ricorso presentato dal nuotatore danese, tale decisione venne revocata e di conseguenza Gregorio ritornò secondo classificato.
Il 25 maggio 2012 disputò la finale dei 1500 m ai Campionati europei di nuoto, riuscendo a conquistare la medaglia d'oro in 14'48"94 davanti agli ungheresi Gergő Kis e Gergely Gyurta. Per la prima volta in carriera Gregorio riuscì ad abbattere il muro dei 15'00 minuti realizzando la terza prestazione mondiale del momento. Inoltre, tale crono si avvicinò al primato italiano di Federico Colbertaldo di 14'48"28 stabilito con costume gommato nel 2009. Infine, il tempo della vittoria gli garantì la qualificazione alla sua prima edizione dei Giochi.
Gregorio espresse la propria soddisfazione dicendo: «non me l'aspettavo, sono contentissimo! Volevo provare a toccare in 14'55"/57"; sono partito subito forte perché temevo il ritorno di Samuel Pizzetti e degli ungheresi Gyurta e Kis; verso i mille metri ho cominciato a sentire la fatica ma vedevo che avevo accumulato un certo vantaggio e ho dato tutto senza risparmiarmi. Questo è un tempo fantastico. Volevo rifarmi dall'anno scorso perché alla prima esperienza internazionale ero troppo piccolo; ai Mondiali e Shanghai era andata male, ero rimasto deluso, ho pagato tensione ed emozione».
Vinse anche una medaglia d'argento negli 800 m stile libero, arrivando secondo dietro l'ungherese Gergő Kis. Anche in questa occasione l'atleta azzurro si dimostrò aggressivo sin dalle prime bracciate, cercando di portarsi in vantaggio sin dai primi 50 m. La gara fu un testa a testa tra il giovane italiano e il magiaro e fu proprio quest'ultimo che operò il sorpasso a 100 m dalla fine, vincendo l'oro con più di due secondi di vantaggio su Gregorio. Nonostante il secondo posto, l'atleta si dichiarò soddisfatto per i risultati ottenuti alla rassegna continentale e contento per il pass olimpico conquistato.
Il 3 agosto esordì ai Giochi olimpici di Londra. Vinse la propria batteria dei 1500 m stile libero con il tempo di 14'50"11, realizzando la sua seconda migliore prestazione di sempre, e qualificandosi per la finale con il quarto tempo complessivo. Nonostante la prestazione incoraggiante vi furono alcune preoccupazioni circa la sua forma fisica, poiché al termine della batteria lamentò un fastidio muscolare alla spalla. In ogni caso, il giorno dopo, scese in acqua per la finale, nella quale si classificò al quinto posto nuotando la distanza in 14'51"92. Gregorio commentò la propria prestazione dicendo: «Il tempo è 14'51", sinceramente pensavo meno» «comunque è una finale olimpica! Sono contento».
Nel mese di dicembre partecipò ai Campionati mondiali di nuoto in vasca corta di Istanbul dove giunse secondo nei 1500 m stile libero preceduto da Mads Glæsner. Sei mesi più tardi, il 17 giugno 2013, l'atleta danese venne squalificato dalla FINA per doping. Secondo quanto riportato dalla Federazione Internazionale, l'atleta risultò positivo alla metamfetamina, uno stimolante, in uno dei controlli eseguiti due giorni prima della gara. Fu disposto l'annullamento di tutti i risultati ottenuti a partire dal 14 dicembre 2012, compreso l'oro vinto ai Mondiali che venne quindi attribuito al giovane italiano. Il 4 febbraio 2014 però, il Tribunale Arbitrale dello Sport revocò la squalifica, restituendo la medaglia d'oro a Glæsner.
Gareggiò anche ai Campionati europei di nuoto in vasca corta di Chartres in Francia. Nonostante la preparazione non fosse finalizzata all'evento continentale, ma agli imminenti mondiali di Istanbul, Gregorio riuscì a dominare la gara in 14'27"78. Migliorò il proprio personale di 15 centesimi e vinse l'oro precedendo l'ucraino Sergiy Frolov e il francese Anthony Pannier.
2013: Mondiali di Barcellona Partecipazione per Mondiali di Barcellona 2013 Bronzo L'appuntamento principale della stagione furono senza dubbio i Mondiali di Barcellona, che regalarono all'atleta carpigiano la medaglia di bronzo. Al termine dei Mondiali gareggiò in alcune tappe di Coppa del Mondo che si tennero nei giorni immediatamente successivi. Registrò la prestazione più rilevante a Eindhoven, nuotando i 1500 m in 14'27"65. Il tempo realizzato fece ben sperare in vista dei Campionati europei di Herning. Nella manifestazione continentale tentò di difendere il titolo conquistato due anni prima ma, nonostante alla vigilia fosse il favorito, nuotò la distanza in 14'50"08 chiudendo in ultima posizione con un tempo chiaramente distante dal proprio migliore stagionale.