Nato a Savona il 30 novembre 1964, il futuro conduttore tv inizia la sua carriera come imitatore, debuttando in radio nel 1982: l'emittente radiofonica è quella della Rai e la trasmissione si chiama "Black out". Accade poi che Bruno Voglino organizza per la Rai tv un grande provino (dal titolo "Un volto nuovo per gli anni '80") per la selezione di nuovi volti televisivi: Fabio Fazio vi partecipa e ottiene così di lavorare al fianco dell'autore (e conduttore anch'egli) Giancarlo Magalli. Debutta quindi in televisione nel 1983 con Raffaella Carrà in "Pronto Raffaella".
L'anno successivo è con Loretta Goggi nel programma "Loretta Goggi in quiz" e nel 1985 a "Sponsor City". Si occupa poi di trasmissioni dedicate al pubblico dei giovani ("L'orecchiocchio" nel 1985 e "Jeans" nel 1986) dando di fatto il via a nuove forme d'intrattenimento per questo tipo di pubblico.

Per l'emittente Odeon TV Conduce nel 1988 il programma sportivo "Forza Italia", insieme al portiere della nazionale Walter Zenga. Intanto scrive "Fate il vostro gioco", trasmissione andata in onda su Rai Due; in seguito è anche autore di "Mai dire mai" e "Mi manda Lubrano" (Rai Tre). Nel 1990 passa a Telemontecarlo (futura LA7) per essere tra i protagonisti di "Banane", varietà satirico-demenziale. Torna in Rai l'anno seguente con "Fantastico Bis".

Nel 1992 Fabio Fazio è uno dei quattro giovani giornalisti che affiancano Sandro Paternostro nella trasmissione "Diritto di replica" (Rai Tre); seguirà "Porca miseria". Intanto Fazio continua a collaborare con Telemontecarlo per la quale realizza "T'amoTV", esperimento di televisione interattiva che prevedeva il commento in diretta delle immagini provenienti da tutte le televisioni in onda nello stesso momento.

Il successo vero e proprio arriva nel 1993 quando scrive e conduce (prima su Rai Tre, poi su Rai Due) il varietà domenicale "Quelli che il calcio...". La sua conduzione al programma proseguirà - raccogliendo enorme successo di critica e pubblico - per otto anni, fino al 2001, momento in cui dopo la riorganizzazione dei vertici Rai, l'eredità di Fazio viene raccolta da Simona Ventura.

Nel 1996 scrive il film "Pole pole" che Massimo Martelli gira in Africa per sostenere AMREF. Nel film Fazio interpreta sé stesso; la pellicola viene presentata fuori concorso alla Mostra internazionale d'arte cinematografica di Venezia. L'anno dopo partecipa a "Un giorno fortunato", fiction tv in due parti, sempre per la regia di Massimo Martelli, dove Fazio interpreta uno psicologo dell'ASL ricco di nevrosi quotidiane (nella fiction vi sono anche Claudio Bisio e Enzo Jannacci).

Scrive e conduce (assieme al cantante Claudio Baglioni) il programma "Anima mia" (1997), revival degli anni '70, che ottiene grandi consensi. Conduce poi l'edizione 1997 di San Remo Giovani e nello stesso anno scrive il programma di Rai Due "Serenate".

Nel 1999 viene scelto per uno dei momenti televisivi più importanti dell'anno, la conduzione del 49° Festival di Sanremo. Verrà richiamato sul palco dell'Ariston anche nel 2000.
L'anno seguente, dopo divergenze con i vertici Rai, viene ingaggiato dalla nuova squadra che fa nascere La7, tentativo di costruzione del terzo polo televisivo italiano. Fazio conduce quasi unicamente la trasmissione inaugurale: poi, dopo una liquidazione milionaria e due anni di silenzio, torna a Rai Tre, dove a partire dal 2003 presenta "Che tempo che fa", garbato talk show che parte da spunti meteorologici per approfondire diversi temi, con interviste a illustri ospiti in studio e con l'intervento di comici (come ad esempio Antonio Cornacchione o Luciana Littizzetto).

Dotato di elegante senso dell'umorismo lo stile di Fazio è originale; qualcuno lo definisce un nuovo Pippo Baudo oppure l'erede di Corrado Mantoni.

Sposato dal 1994 con Gioia Selis, il 4 novembre 2004 Fabio Fazio è diventato padre di Michele.

Nel 2010 dà vita insieme a Roberto Saviano (co-conduttore) ad un nuovo programma dal titolo "Vieni via con me": alla prima puntata (8 novembre) fa registrare il record di ascolti di sempre per la rete. Il tema del programma affronta la scelta fra andarsene o rimanere in Italia, dove la fuga dei giovani talenti è ormai sempre più frequente: il leit motiv si riassume nel gioco a due fra Fazio e Saviano, che confrontano i motivi per rimanere e quelli per andarsene.