El 6 de julio de 2016, fue presentado como nuevo entrenador de la UC Sampdoria. Tuvo un comienzo algo irregular en el banquillo genovés, puesto que ganó dos partidos y perdió otros dos en las 4 primeras jornadas de la Serie A 2016-17; y finalizó la primera vuelta del torneo ocupando el puesto de la clasificación. En la segunda parte del campeonato, los resultados mejoraron, y el equipo italiano obtuvo la permanencia virtual (44 puntos) a falta de 8 jornadas para terminar el curso. El 7 de abril de 2017, la Sampdoria anunció la renovación del contrato de Giampaolo hasta 2020.