Giancarlo Alessandrini se graduó en el Instituto de Arte de Ancona y comenzó a dibujar cómics profesionalmente en 1972 para Il Corriere dei Ragazzi con la historia Il Cifrario del Maggiore Martin escrita por Mino Milani. Al año siguiente produjo diez episodios de la serie de fantasía Anni 2000, nuevamente escrita por Milani, y doce episodios de Lork Shark dos años después.
En 1975, Alessandrini se unió a Studio Giolitti y dibujó varias historias de guerra para la editorial británica Fleetway. Continuó su cooperación con Il Corriere dei Ragazzi, dibujando dos episodios de la serie Il Maestro, escrita por Milani. Cuando en 1976 el editor rechazó algunas de las páginas de la serie pidiéndole que las volviera a dibujar, Alessandrini decidió irse.
Luego dibujó a Eva Kant para la edición italiana de Cosmopolitan. La serie está escrita por Alfredo Castelli en la que sería la primera, que no la más importante, de una serie de colaboraciones. En 1976 los dos producen L'uomo di Chicago para Un uomo un'avventura (Bonelli). A continuación, en 1978 vuelven a trabajar juntos en Allan Quatermain para Supergulp, publicado por Mondadori y en Mister No, de nuevo para Bonelli.
A partir de 1977, Alessandrini trabajó en la serie del Oeste Ken Parker, escrita por Giancarlo Berardi. Su cooperación continuará hasta 1980, resultando en seis episodios de 96 páginas. Ese mismo año, Alessandrini comenzó a trabajar para el semanario católico Il Giornalino, donde dibujó algunos episodios de la serie Ai confini dell'avventura y Storie di tutti i tempi. En 1981 creó con el guionista Claudio Nizzi la serie Rosco & Sonny, utilizándose como modelo para el personaje de Sonny.
Pero la oportunidad que le daría a Alessandrini un nombre en el mundo del cómic internacional se presentó en 1982 de nuevo de la mano de Castelli: este había convencido a Bonelli para que diera luz verde a una nueva serie, y le pidió a Alessandrini que diseñara el personaje y dibujara las historias. En abril de ese año nació Martin Mystère. La serie fue un éxito inmediato, y Alessandrini produciría todas las portadas y muchas de las historias, incluyendo especiales y spin-offs.
En 1990, Alessandrini dibujó El hombre de Moscú, escrito por Roberto Dal Prà para la revista Torpedo. El personal estilo de su arte no pasó desapercibido en Francia, donde la editorial Bagheera adquirió los derechos para el mercado francés.
En 1991, Alessandrini y Dal Prà crearon a la detective Anastasia Brown para la revista L'Eternauta. El mismo año, Alessandrini recibió el premio al mejor artista de ANAF.
El primer trabajo en solitario de Alessandrini se publicó en 1992 en Comic Art es una serie de cuentos titulados Fatti e misfatti a Planet Arium. A continuación, comienza la serie derivada de Martin Mystére, Zona X. Ese mismo año gana el Yellow Kid como mejor dibujante italiano.
En 1993 Alessandrini produjo tres episodios de Indiana Jones para Bagheera. En 2001 comenzó Outremer, escrito por Vincenzo Beretta para el editor francés Albin-Michel, del que ya hay dos volúmenes.
En 2004 realizó el decimotercero Dylan Dog Gigante y, en 2006, el vigésimo Texone (edición especial de formato gigante publicada anualmente y dedicada al personaje Tex). En 2013 dibujó su primer episodio de Dylan Dog en la serie regular, el n. 324 "El odio nunca muere", sobre tema y guión de Luigi Magnacco.