Nell'agosto 2006 viene acquistato dal Cagliari in prestito con diritto di riscatto, diventando ben presto un giocatore importante nell'economia della squadra, tanto che il 20 giugno 2007 viene ufficialmente riscattato dalla società sarda. Per esigenze tattiche l'allenatore Marco Giampaolo spesso lo utilizza nel ruolo di centrocampista esterno, ma è con Massimiliano Allegri, nella stagione 2008-2009, che Biondini trova la sua definitiva consacrazione: impiegato nel ruolo di mezz'ala (prevalentemente a sinistra) il suo rendimento migliora nettamente tanto da consentirgli di trovare il gol nella storica vittoria di Torino ( Cagliari 2-3). Con la maglia del Cagliari gioca la sua centesima partita il 1º novembre 2009, data storica per la società isolana la quale festeggia la millesima partita in Serie A condita dalla trecentesima vittoria.