Der Stürmer Domenghini begann seine Profikarriere 1961 bei Atalanta Bergamo. 1964 wechselte er zu Inter Mailand, wo er italienischer Nationalspieler wurde. Er gehörte zur italienischen Mannschaft, die die Fußball-Europameisterschaft 1968 gewann. 1969 wechselte er zum sardischen Club Cagliari Calcio, wo er den zu Inter gewechselten Roberto Boninsegna ersetzte. In der Nationalmannschaft spielte er mit seinem Clubkollegen Luigi Riva und Boninsegna bei der Fußball-Weltmeisterschaft 1970, wo er den einzigen Treffer für Italien in der Vorrunde beim 1:0-Sieg gegen Schweden erzielte. Dennoch wurde die Mannschaft Gruppensieger und erreichte nach dem Jahrhundertspiel gegen Deutschland das Finale, das gegen Brasilien mit 1:4 verloren ging.