En 1992, Fabio Casartelli est sélectionné pour participer avec l'équipe italienne aux Jeux olympiques de Barcelone, alors réservés aux coureurs amateurs. Il remporte la médaille d'or de la course en ligne en devançant au sprint ses compagnons d'échappée, le Néerlandais Erik Dekker et le Letton Dainis Ozols. Ce titre olympique lui permet de passer professionnel l'année suivante.