Nació el martes 29 de septiembre de 1942 en Sedrina, Bérgamo, Italia.
Su nombre comenzó a figurar en el mundo del ciclismo en 1964, cuando en su condición de aficionado se consagró campeón del Tour de L’Avenir. Un año más tarde, en 1965, acabó con la racha de cuatro triunfos consecutivos del francés Jacques Anquetil en el Tour de Francia e hizo suya, por única vez en su carrera deportiva, la más famosa prueba por etapas del mundo. Gimondi con tiempo de 116h-42m-06s se impuso sobre el local Raymond Poulidor. La carrera de 4.188 kilómetros se dividió en 22 etapas, tres de las cuales ganó Gimondi, siendo una de ellas, la última, contra el cronómetro de 37,8 kilómetros. En 1972 fue sub-campeón de la misma carrera, con retardo de 10m y 41s frente al belga Eddy Merckx.
Triple campeón del Giro de Italia en 1967, 68 y por tercera vez el domingo 13 de junio de 1976, luego de un receso de ocho años, ya próximo a cumplir 34 años. La Vuelta a España lo consagró igualmente campeón en 1968. Fue campeón de la Vuelta a Cataluña en 1972.
En Barcelona, campeón mundial de gran fondo en carretera en 1973, para continuar con la hegemonía establecida un año antes por su compatriota Marino Basso. Vencedor, dos veces consecutivas, en 1967 y 68, del Gran Premio de las Naciones, carrera que ganó en ocho oportunidades el francés Jacques Anquetil, siendo las seis primeras seguidas, en la década del cincuenta.
Inscribió también su nombre en la carrera París-Bruselas de 1966 y en la Milán-San Remo de 1974. El Gran Premio de Lugano en 1967 y 1972 fue para Gimondi. El prestigioso Trofeo Barachi, prueba de un día por parejas también lo conquistó el múltiple campeón italiano: en 1968 haciendo dupla con el francés Jacques Anquetil y en 1973 con el colombiano Martín ‘Cochise’ Rodríguez, recientemente vinculado al ciclismo de Europa, después de ser declarado profesional.
Gimondi, un hombre de 1,84 metros de estatura y 71 kilos de peso, figura cumbre del equipo italiano de la Bianchi, visitó a Colombia con motivo del Clásico de Polímeros Colombianos -POC- en noviembre de 1974. Al final de la competencia fue el mejor entre los extranjeros invitados, puesto 13º. a algo más de diez minutos del vencedor Carlos Julio Siachoque.
Su retiro definitivo del ciclismo se cumplió al finalizar la temporada de 1978, luego de cumplir 36 años de edad.