Na de middelbare school werkte Fatone als artiest in de Universal Studios in Orlando, waar hij “Wolfie” speelde in Beetlejuice’s Rock and Roll Graveyard Revue.
NSYNC
In de zomer van 1995, na bevriend te zijn geraakt met Chris Kirkpatrick, een collega Universal Studios podium performer die zong in een doo-wop groep, werd hij het vierde lid van NSYNC, samen met Justin Timberlake en JC Chasez. Daarna werd Lance Bass toegevoegd aan de groep die NSYNC zou worden. In 2001 speelde Fatone samen met *NSYNC-bandgenoot Lance Bass in de Miramax-film On the Line, hij speelde met NSYNC een gastrol in een 2001-aflevering van The Simpsons-aflevering New Kids on the Blecch, en deed ook stemwerk met Bass in dezelfde afleveringen van Disney’s Kim Possible en Adult Swim’s Robot Chicken.
Post-NSYNC-carrière
Fatone speelde mee in de dramatische komedie speelfilm My Big Fat Greek Wedding uit 2002 als Toula’s neef Angelo, verscheen in de show My Big Fat Greek Life, en herhaalde de rol opnieuw in het vervolg My Big Fat Greek Wedding 2 uit 2016. Hij acteerde in de veelgeprezen film The Cooler. Hij had kleine rollen in zowel de experimentele film Red Riding Hood als Homie Spumoni, de laatste naast Jamie-Lynn Sigler. Fatone heeft ook op Broadway gestaan, met hoofdrollen in Rent in 2002 en in een reprise van Little Shop Of Horrors.
Fatone was gastheer van NBC’s The Singing Bee en ook van de Australische versie van de show op Nine Network. Op 21 augustus 2007 werd aangekondigd dat hij, samen met Lisa Rinna, Joan Rivers en Melissa Rivers zou vervangen als gastheren van de rode loper pre-shows van TV Guide voor het seizoen 2007-2008. Zijn hosting taken bij TV Guide werden voortgezet voor het seizoen 2008-2009.
In 2005, NBC gecontracteerd Fatone als de gastheer (of “ringmaster”) van haar celebrity reality-serie Celebrity Circus. Dat jaar speelde hij ook een gastrol in de Hannah Montana-aflevering “Bye Bye Ball” als restauranteigenaar Joey Vitolo, een voormalige honkbalspeler die Hannah dwingt te zingen in ruil voor een vervangende gesigneerde bal voor haar broer. Fatone ging in 2010 een andere honkbalspeler vertolken in de Disney Channel serie Imagination Movers. Van 6-18 juli van datzelfde jaar trad hij ook op in de musical “The Producers” in het Pittsburgh Benedum Center in de rol van komische nazi-soldaat Franz Liebkind.
Fatone heeft zijn stem geleend aan verschillende afleveringen van Robot Chicken, met een hoofdrol als zichzelf in een kung fu sketch genaamd “Enter the Fat One” en met een vocale cameo in de Star Wars-aflevering van de show. Van 2010 tot 2015 was Fatone de presentator van Steve Harvey in het programma Family Feud. In 2011 werd hij gastheer van de Live Well Network-serie My Family Recipe Rocks. In oktober van datzelfde jaar verscheen hij ook in de horrorfilm Inkubus.
In januari 2012 was hij een van de acht beroemdheden die deelnamen aan de Food Network-realityserie Rachael vs. Guy: Celebrity Cook-Off. Hoewel geëlimineerd in week zes, verzekerde hij zich van een prijs van $ 5.000 voor zijn goede doel, de Fatone Family Foundation.
Hij verscheen als een celebrity gastheer voor de show The Price Is Right Live! in Bally’s Las Vegas. Fatone was ook te gast in seizoen twee van Adult Swim’s The Eric Andre Show. Van mei tot juni 2013 speelde hij Bert in de Pittsburgh CLO-productie van 42nd Street.
Fatone maakte in februari 2014 een cameo in de verborgen camera show Impractical Jokers, waarbij hij tijdens een uitdaging inviel voor een van de sterren van de show, Brian Quinn. Later verscheen hij als gast in een aflevering van 2017, nadat hij toestemming had gegeven om te filmen in zijn in Orlando gevestigde hotdogrestaurant Fat One’s. Sinds 2016 is hij de gastheer of featured guest in specials zoals “Nitro Circus Spectacular”, “The Joker Games”, en “Fantasy Draft”. Hij heeft gediend als de vaste gastheer van de spin-off serie Impractical Jokers: After Party sinds de première in 2017. Zijn relatie met de sterren van de show leverde hem ook een cameo op in de film Impractical Jokers uit 2020: The Movie.
In april 2014 begon Fatone met het hosten van de Food Network-kookwedstrijd Rewrapped, waarin chef-koks klassieke snacks moeten recreëren en vervolgens nieuwe gerechten moeten maken met behulp van dat snackvoedsel. In augustus van hetzelfde jaar werd Fatone de gastheer van een andere serie, Parents Just Don’t Understand, die werd uitgezonden op het Hub Network voorafgaand aan de rebranding ervan als Discovery Family. Hij was ook te gast in drie afleveringen van The Jack and Triumph Show in 2015.
In 2019 portretteerde Fatone het Konijn in seizoen één van de zangwedstrijdshow The Masked Singer, waarbij hij gelijkspeelde met Rumer Willis voor de vierde plaats overall. Hij is momenteel de presentator van Common Knowledge, een spelshow die op 14 januari 2019 in première ging op het Game Show Network.