En , il est annoncé comme pilote de réserve et d'essais de la Scuderia Ferrari pour la saison 2017 de Formule 1. À la suite de la blessure de Pascal Wehrlein lors de la Race of Champions en janvier, il est appelé par Sauber, motorisée par Ferrari, pour remplacer l'Allemand lors des essais de pré-saison à Barcelone. Finalement, toujours handicapé par sa blessure, Pascal Wehrlein ne peut participer qu'aux deux premières séances d'essais libres du Grand Prix d'Australie ; Antonio Giovinazzi le remplace donc pour les séances restantes ainsi que pour la course, devenant ainsi le premier pilote italien depuis Jarno Trulli et Vitantonio Liuzzi en à rouler en Grand Prix. Qualifié seizième, il connaît une course sans encombre et se classe douzième. Il est de nouveau au volant de la Sauber C36 en Chine et s'élance dix-huitième, pénalisé de cinq places sur la grille de départ pour avoir changé de boîte de vitesses, à la suite d'un accident en qualifications. En course, Giovinazzi ne dispute que trois tours avant de connaître un nouvel accident, piégé par une piste humide. Pascal Wehrlein fait son retour à partir du Grand Prix de Bahreïn et Antonio Giovinazzi retrouve par conséquent son poste de pilote essayeur chez Ferrari.