Après le lycée, Fatone a travaillé comme artiste aux studios Universal d’Orlando, où il a joué le rôle de « Wolfie » dans Beetlejuice’s Rock and Roll Graveyard Revue.
NSYNC
À l’été 1995, après s’être lié d’amitié avec Chris Kirkpatrick, un autre artiste de scène des Studios Universal qui chantait dans un groupe de doo-wop, il devient le quatrième membre de NSYNC, avec Justin Timberlake et JC Chasez. Puis Lance Bass est ajouté au groupe qui deviendra NSYNC. En 2001, Fatone a joué avec son camarade de groupe *NSYNC, Lance Bass, dans le film On the Line de Miramax, il a été invité avec NSYNC dans un épisode des Simpsons en 2001, New Kids on the Blecch, et a également fait de la voix avec Bass dans les mêmes épisodes de Kim Possible de Disney et Robot Chicken d’Adult Swim.
Carrière post-NSYNC
Fatone a joué dans le film de comédie dramatique My Big Fat Greek Wedding de 2002 en tant que cousin de Toula, Angelo, est apparu dans le spectacle My Big Fat Greek Life, et a repris le rôle à nouveau dans la suite de 2016 My Big Fat Greek Wedding 2. Il a joué dans le film The Cooler, acclamé par la critique. Il a tenu des rôles mineurs dans le film expérimental Red Riding Hood et Homie Spumoni, ce dernier aux côtés de Jamie-Lynn Sigler. Fatone a également été à Broadway, interprétant des rôles principaux dans Rent en 2002 et dans une reprise de Little Shop Of Horrors.
Fatone a animé l’émission The Singing Bee sur NBC ainsi que la version australienne de l’émission sur Nine Network. Le 21 août 2007, il a été annoncé qu’il remplacerait, avec Lisa Rinna, Joan Rivers et Melissa Rivers en tant qu’animateurs des pré-shows du tapis rouge de TV Guide pour la saison 2007-2008. Ses fonctions d’animateur de TV Guide se sont poursuivies pour la saison 2008-2009.
En 2005, NBC a engagé Fatone comme animateur (ou « ringmaster ») de sa série de téléréalité de célébrités Celebrity Circus. Cette année-là, il a également joué dans l’épisode de Hannah Montana « Bye Bye Ball » en tant que propriétaire de restaurant Joey Vitolo, un ancien joueur de baseball qui oblige Hannah à chanter en échange d’une balle de remplacement signée pour son frère. Fatone a ensuite interprété un autre joueur de baseball dans la série Imagination Movers de Disney Channel en 2010. Du 6 au 18 juillet de la même année, il a également joué dans la comédie musicale « The Producers » au Benedum Center de Pittsburgh dans le rôle du soldat nazi comique Franz Liebkind.
Fatone a prêté sa voix à plusieurs épisodes de Robot Chicken, jouant son propre rôle dans un sketch de kung-fu intitulé « Enter the Fat One » et ayant un caméo vocal dans l’épisode Star Wars de la série. De 2010 à 2015, Fatone a été l’annonceur de l’animateur Steve Harvey dans l’émission Family Feud. En 2011, il a accepté un poste d’animateur de la série My Family Recipe Rocks de Live Well Network. En octobre de la même année, il est également apparu dans le film d’horreur Inkubus.
En janvier 2012, il était l’une des huit célébrités participant à la série de téléréalité de Food Network Rachael vs Guy : Celebrity Cook-Off. Bien qu’éliminé lors de la sixième semaine, il a obtenu un prix de 5 000 $ pour son œuvre de bienfaisance, la Fatone Family Foundation.
Il est apparu en tant qu’animateur invité de célébrités pour l’émission The Price Is Right Live ! au Bally’s Las Vegas. Fatone a également été un invité de la deuxième saison de l’émission The Eric Andre Show d’Adult Swim. De mai à juin 2013, il a joué le rôle de Bert dans la production de 42nd Street du Pittsburgh CLO.
Fatone a fait un caméo en février 2014 dans l’émission de caméra cachée Impractical Jokers, remplaçant l’une des stars de l’émission, Brian Quinn, lors d’un défi. Il est ensuite apparu en tant qu’invité dans un épisode de 2017, ayant donné la permission de filmer dans son restaurant de hot-dogs Fat One’s, basé à Orlando. Depuis 2016, il a été l’hôte ou l’invité vedette d’émissions spéciales telles que « Nitro Circus Spectacular », « The Joker Games » et « Fantasy Draft ». Il a été l’animateur permanent de la série dérivée Impractical Jokers : After Party depuis sa première en 2017. Sa relation avec les stars de l’émission lui a également valu un caméo dans le film de 2020 Impractical Jokers : The Movie.
En avril 2014, Fatone a commencé à animer le concours de cuisine Rewrapped de Food Network, où les chefs doivent recréer des snacks classiques, puis créer de nouveaux plats à partir desdits snacks. En août de la même année, Fatone est devenu l’animateur d’une autre série, Parents Just Don’t Understand, diffusée sur le Hub Network avant son rebranding en Discovery Family. Il a également été invité dans trois épisodes de The Jack and Triumph Show en 2015.
En 2019, Fatone a incarné le lapin de la première saison de l’émission de concours de chant The Masked Singer, à égalité avec Rumer Willis pour la quatrième place au classement général. Il est actuellement le présentateur de Common Knowledge, un jeu télévisé qui a été diffusé pour la première fois le 14 janvier 2019 sur le réseau Game Show Network.