[11]​ Firmó un contrato por cinco años con el club, en un fichaje de €4.5 millones.

Anotó su primer gol en la Serie A el 26 de diciembre, en la victoria 3-1 sobre el Sassuolo.

[19]​ Antes de iniciar la siguiente, la 2020-21, volvió a sufrir la misma lesión con la selección italiana,[20]​ no pudiendo jugar durante toda la campaña y perdiéndose la Eurocopa 2020.

[22]​ Además, con estos tres tantos se convirtió en el primer jugador del club en marcar tal cantidad de goles en un encuentro de competición europea desde Francesco Totti en 2009.

[23]​ El equipo llegó a la final del torneo y suyo fue el único gol del partido que dio a la A. S. Roma su primer título europeo desde 1961.

[35]​ Es hijo de Igor Zaniolo, futbolista profesional que jugó de delantero en la Serie B y la Serie C,[36]​ su padre en una entrevista comparó a su hijo en características con Javier Pastore.