Der größte Erfolg in der Radsport-Laufbahn von Domenico Piemontesi war der dritte Platz bei den UCI-Straßen-Weltmeisterschaften 1927 der Profis auf dem Nürburgring, hinter Alfredo Binda und Costante Girardengo, nachdem er bei der Straßen-WM der Amateure in Paris 1924 Neunter geworden war. Insgesamt war er 16 Jahre lang, von Oktober 1922 bis 1938, Profi-Radrennfahrer. 1922 gewann er das Tre Valli Varesine, noch als Amateur. Seine erste Platzierung als Berufsfahrer war der 12. Rang bei der Lombardei-Rundfahrt. 1925 wurde er mehrfach Zweiter, u. a. bei der "Coppa Bernocchi". 1927 gewann er den "Giro dell’Emilia", 1928 den "Großen Sachsenpreis" und belegte 1929 bei der Straßen-WM in Zürich Rang neun. 1932 gewann er das "Tre Valle Varesini" ein zweites Mal und 1933 die "Lombardei-Rundfahrt", bei der er 1932 zudem Zweiter und 1934 Dritter wurde. Bei "Mailand–Sanremo" belegte er dreimal den dritten Platz.