Giovinazzi berpartisipasi dalam tes pramusim untuk musim 2017 bersama Sauber. Dengan cara yang mirip dengan debutnya di DTM dua tahun sebelumnya, ia menggantikan Pascal Wehrlein yang cedera di Grand Prix Australia. Wehrlein merasa tidak cukup fit untuk menempuh jarak balapan yang lengkap karena defisit latihannya akibat kecelakaan di Race of Champions 2017. Giovinazzi finis di urutan ke-12 dalam debutnya. Debutnya berarti dia adalah pembalap Italia pertama yang memulai balapan Formula Satu sejak Jarno Trulli dan Vitantonio Liuzzi di Grand Prix Brasil 2011. Sauber mengumumkan bahwa Giovinazzi akan kembali menggantikan Wehrlein untuk Grand Prix Tiongkok, di mana ia tersingkir selama kualifikasi dan balapan.