O ator iniciou sua carreira em 1990, quando começou a fazer um curso de teatro e, após um teste na Globo foi chamado para atuar em sua primeira novela, Meu Bem, Meu Mal, onde interpretou o jovem Marco Antônio. No ano seguinte ele foi convidado para Vamp e atuou ao lado de grandes nomes como Ney Latorraca e Cláudia Ohana.

Em 1992, o ator esteve em De corpo e alma, onde interpretou de Caio Pastore, na produção que contou com Tarcísio Meira, Betty Faria e José Mayer.

Em 1993 surgiu seu grande desafio na carreira e ele viveu seu primeiro vilão, o médico Jorge Candeias de Sá, em Sonho Meu. A novela fez tanto sucesso que foi exibida em mais de dez países.

Ele também atuou em O Rei do Gado como o rebelde Bruno em 1996. Antes, passou pelas novelas Pátria Minha, Você Decide e Mundo VIP.

Entre os anos de 1997 e 1998 trabalhou em Comédia da Vida Privada e adotou um visual com cabelo em dreads e óculos escuros, ao lado de Luana Piovani. Antes, interpretou o filho de Susana Vieira na novela Por Amor, de 1997.

Mudando totalmente de visual, Fábio viveu um romântico em Força de um Desejo e se apaixonou pela personagem de Malu Mader em 1998.

Em Os Maias, ele viveu o médico Carlos Eduardo, que se apaixonava por Ana Paula Arósio. Detalhe para o visual do ator, que aparece completamente barbado para o personagem.

Como Edu, em Coração de Estudante, ele foi o personagem principal e fez parte de um polêmico triângulo amoroso.

No cinema ele trabalhou em Sexo, Amor e Traição ao lado de Murilo Benício em 2003.

Apesar de ter feitos tantos trabalhos nas telinhas anteriormente e sido considerado um dos maiores galãs nos anos 1990, Fábio só conseguiu realizar seu primeiro grande vilão em Celebridade no ano de 2004, quando ganhou o Prêmio Contigo! na categoria de Melhor Ator por Renato Mender.

Na minissérie escrita por Benedito Ruy Barbosa, Mad Maria, ele foi o Dr. Richard Finnegan.

O ano de 2007 foi cheio para o ator: trabalhou no cinema no filme O primo Basílio, e, na TV, na novela Paraíso Tropical.

Protagonista da novela Negócios da China, o ator passou por problemas pessoais em 2008 e desistiu no meio da produção para ir para uma clínica de reabilitação.

O ator fez uma pausa em sua carreira para se cuidar e, em 2010, atuou na minissérie Dalva e Herivelto - Uma Canção de Amor, sendo indicado ao Emmy Internacional na categoria de Melhor Ator.

Em Tapas & Beijos, que ficou no ar entre 2001 e 2015, ele colocou o humor em prática ao lado de Fernanda Torres e Andréa Beltrão.

Em 2012, o ator fez sua estreia como diretor da peça de teatro Expresso do Por do Sol.

Durante sua participação em Tapas & Beijos, o ator ainda fez parte da série As Brasileiras, e só voltou para as novelas em 2015, quando fez par romântico com Marina Ruy Barbosa em Totalmente Demais, entre 2015 e 2016.

Em 2017, ele esteve na série A Fórmula. Antes de estrear na série, o ator acabou se envolvendo em uma baita polêmica em sua vida pessoal, quando no final de junho foi detido em Arcoverde, em Pernambuco, acusado de desordem e desacato à autoridade. Nas redes sociais, ele pediu desculpas: Lamento muitíssimo o ocorrido em Arcoverde. Era uma noite de celebração. Tínhamos acabado de exibir nosso documentário filmado no sertão pernambucano no palco principal do festival de São João. Então fomos com a equipe confraternizar e a situação saiu do controle. Infelizmente aconteceu uma briga. Errei ao me exceder. Não fiz uso de nenhuma droga ilícita - o que será comprovado pelo exame toxicológico que eu mesmo pedi para ser feito. Serei responsável pelos danos causados. Agora estou bem. Agradeço pelas tantas manifestações de carinho e apoio que recebi. Peço a todos sinceras desculpas. Não é fácil, mas reconhecer meus erros e procurar sempre aprender com eles é o que eu desejo, apontou o astro., deixando claro que não fez uso de substâncias ilícitas.

Na foto acima, Assunção aparece em seu trabalho mais recente nas telinhas, a série A Fórmula, em que vive uma história de amor interpretando Ricardo, ex-namorado de Angélica, personagem de Drica Moraes.

O ator também já teve muitos amores durante sua carreira. Ele já namorou com Cristiana Oliveira e Cláudia Abreu, com quem contracenou na novela Celebridades. Em seguida, teve um relacionamento com Priscila Borgonovi, com quem teve seu primeiro filho, João, em 2003. Já em 2011, nasceu Ella Felipa, da relação com a ex-esposa Karina Tavares. Na imagem, o ator aparece coladinho com os filhos.

Entre Idas e Vindas é também o nome do filme que Fábio Assunção protagonizou logo após Totalmente Demais, em 2016. Na história, o ator contracena com o próprio filho, João Assunção, que fez sua estreia como ator.