С ранних лет Луиджи привлекали автомобильные гонки. Свой первый спортивный опыт Фаджиоли получил на гонках по подъему на холм и ряду других соревнований.
В 1926 году он принял участие в Гран-при Франции, а в 1930 году его пригласили в заводскую команду Maserati. Он с честью оправдал возложенное на него доверие, выиграв две престижные гонки – Coppa Ciano и Circuit of Avellino.
В апреле следующего года он вторым пришел к финишу Гран-при Монако, до последних метров борясь с Луи Широном за победу. В том же году он победил на трассе в Монце, оставив позади Широна, Варзи и Нуволари. В 1932 году Луиджи выиграл Гран-при Рима. Проведя сезон 1933 года за рулем Alfa Romeo Фаджиоли, одержал победы в трех знаковых гонках сезона, в том числе Гран-при Италии.
В 1934-37 годах Луиджи выступал под флагами немецкого Mercedes-Benz и Auto Union. После войны Фаджиоли вернулся в большой спорт и принял участие в первых двух чемпионатах Формулы-1 за Alfa Romeo. Кроме того, на его счету трете место в знаменитой гонке Mille Miglia. В 1952 году Фаджиоли скончался от травм, полученных в результате аварии на тренировке перед Гран-при Монако.