Astori bắt đầu sự nghiệp chuyên nghiệp với Milan, sau đó được cho mượn tại Pizzighettone và Cremonese. Vào năm 2008 anh ký hợp đồng với Cagliari theo hợp đồng đồng sở hữu với Milan trước khi hoàn toàn thuộc về Cagliari vào năm 2011. Anh sau đó đá cho Roma và Fiorentina theo dạng cho mượn, và cuối cùng ký hợp đồng dài hạn với Fiorentina vào năm 2016. Anh trở thành đội trưởng của đội bóng áo tím vào năm 2017. Anh có trận ra mắt đội tuyển Ý vào năm 2011, ra sân tổng cộng 14 lần, ghi một bàn tại Cúp Liên đoàn các châu lục 2013, giải đấu anh và các đồng đội giành huy chương đồng.