Viviani begon net als Sagan zijn profcarrière in 2010 bij Liquigas. Zijn eerste WorldTour-overwinning behaalde hij in 2013 in de Dauphiné. In 2018 kwam Viviani volledig op toerental bij het Quickstep van Patrick Lefevere. Met 18 overwinningen werd hij zegekoning. Zijn belangrijkste zeges in 2018 zijn: vier ritten en de puntentrui in de Giro, het Italiaans kampioenschap op de weg, de Vattenfall cyclassics in Hamburg en drie ritten in de Vuelta. Hij beëindigde het seizoen op een zesde plaats in de UCI- ranking.

In 2019 was Viviani al vroeg op het seizoen in vorm. Zo won hij een etappe in de Tour Down Under en schreef hij de Cadel Evans Great Ocean Road Race op zijn naam. Het grote doel van dit seizoen was de Tour de France. In aanloop naar La Grande Boucle won Viviani twee ritten in de Ronde van Zwitserland. In de Tour kwam de renner van Deceuninck-Quick Step meerder renners tegen die sneller waren. Desondanks won de Italiaan de vierde rit van de Tour. Na de Tour trok Viviani naar Alkmaar waar hij Europees kampioen werd. Verder won hij voor de derde keer op rij de EuroEyes Cyclassics in Hamburg.