Marchisio hétéves kora óta szerepelt a torinói klubban, összesen 389 mérkőzésen lépett pályára a Juventus első csapatában, 37 gólt szerzett és 42 gólpasszt osztott ki. Az olasz válogatottban 55-ször szerepelt (ötször volt eredményes).
A nyáron Gianluigi Buffon után ő is távozott a Juventustól, és a Zenithez igazolt. A szentpéterváriakkal kétéves szerződést kötött.