Fils d'Edoardo Agnelli, fondateur de la station de sport d'hiver de Sestrières, petit-fils de Giovanni, fondateur de FIAT, il hérita en 1966 de la direction de l'entreprise familiale après une période de "régence" assurée par Vittorio Valletta. Gianni Agnelli saura faire de Fiat la plus grande entreprise italienne, et l'un des principaux constructeurs d'automobiles en Europe. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il ouvrit des usines Fiat dans toutes les parties du monde, de la Russie à l'Amérique du Sud. Agnelli fut nommé sénateur à vie en 1991.

Connu aussi par son surnom d'Avocato(l'avocat), bien qu'il n'ait jamais pratiqué de près ou de loin ce métier, Agnelli reste le personnage le plus important et le plus prestigieux de l'économie italienne. Son neveu, Giovanni Agnelli, dit "Giovannino", fils de son frère Umberto, qui était appelé à prendre la tête de Fiat, décéda brutalement d'un cancer à l'âge de 33 ans en 1997. Son fils Edoardo, qui vécut une existence marginale, s'est suicidé le 15 novembre 2000. Lorsque qu'Agnelli s'éteindra suite à un cancer le 24 janvier 2003, John Philip Elkann, héritier désigné et petit-fils de Gianni, est jugé trop jeune,et  c'est Umberto, le frère de Gianni qui prend les rênes du groupe. A sa mort en 2003, c'est Luca Cordero di Montezemolo, le patron de Ferrari, qui sera nommé en 2004 président de Fiat, John Philip Elkan sera le vice-président, le temps de faire ses armes.