Vialli alustas karjääri oma kodulinna klubis Cremonese ning tegi läbimurde Serie A meeskondades Sampdoria ja Juventus, lõpetades mängijakarjääri Londoni Chelseas.

Itaalia koondise eest sai ta ründajana kirja 59 mängu ja 16 väravat. Ta kuulus ka 1986. ja 1990. aasta MM-il osalenud meeskonna koosseisu. Viimasest korrast pistis ta koondisega tasku pronksmedali.

Vialli tegutses peale mängijakarjääri mõned aastad treenerina, alustades 1998. aastal Chelseast ja lõpetades Mart Poomi eksklubis Watfordis 2002. aastal.

Vähidiagnoosi saades töötas ta Itaalia jalgpalliliidus koondise delegatsioonijuhina, kust ta ravi ajal tagasi astus. Treeneri- ja ametnikukarjääri kõrvalt tegutses ta ka telekanali Sky Italia ekspertkommentaatorina.