En 2002, ingresa a la Fórmula Renault Brasil obteniendo dos victorias que lo dejarían en el segundo lugar del campeonato.En 2006, Di Grassi pasa a la GP2 Series con el equipo Durango, pero solamente logra sumar 8 puntos para finalizar 16º.Para la temporada 2008, el equipo Campos Grand Prix le llamó en la cuarta cita del campeonato de GP2 para sustituir a Ben Hanley.Di Grassi volvió de la mejor manera posible, al conseguir un podio en la primera carrera.Posteriormente consigue buenos resultados, como un 15º puesto en Singapur, pero se ve superado habitualmente por Glock y finalmente Virgin no le renueva.En la temporada 2015-16, Di Grassi cosechó tres victorias, dos segundos lugares, y dos terceros, sin embargo resultó subcampeón por dos puntos ante Buemi.[6] En la temporada 2017-18 de la Fórmula E, Di Grassi fue subcampeón detrás del francés Jean-Éric Vergne con dos victorias y cinco segunos puestos.En la temporada 2016, consiguieron dos victorias en Spa-Francorchamps y Baréin, tres segundos puestos y un tercero, pero les alcanzó para conformarse con el subcampeonato por detrás de los pilotos de Porsche, Neel Jani / Marc Lieb / Romain Dumas.
