Professionista dal 1997 al 2008, soprannominato "Paolino" o "il Grillo", è stato campione olimpico in linea su strada ai Giochi di Atene 2004 e campione del mondo di specialità nel 2006 e nel 2007. Specialista delle classiche, in carriera ha vinto due Giri di Lombardia, due Liegi-Bastogne-Liegi, una Milano-Sanremo e per tre volte la classifica finale di Coppa del mondo; rientrano nel suo palmarès anche tappe dei tre Grandi giri, due classifiche a punti al Giro d'Italia, due titoli nazionali in linea, brevi corse a tappe e altre corse del panorama ciclistico internazionale.