U-21を経験後、2004年にマルチェロ・リッピ率いるフル代表に招集されている。同年にはアテネオリンピックに向けたメンバーにも選ばれ、銅メダルを獲得した。2006年にはドイツW杯のメンバーに選出。第4CBながらもアレッサンドロ・ネスタの怪我とマルコ・マテラッツィの出場停止の穴を埋める形で2試合に出場し優勝メンバーとなった。ロベルト・ドナドーニ監督のもと、UEFA EURO 2008予選では7試合に出場し、本大会のメンバーにも選出される。負傷したファビオ・カンナバーロの代わりに、初戦のオランダ戦でマテラッツィとコンビを組み出場するも、0-3の敗戦を喫する。この結果を受けて、2戦目以降はジョルジョ・キエッリーニとクリスティアン・パヌッチがCBの座を務め、ベスト8まで進んだチームの中において、自身は1試合の出場に留まった。大会終了後ドイツに身を移してからは、協会スタッフが一度も視察に訪れなかったこともあって、しばらく代表から遠ざかることになる。2011年10月7日に約3年ぶりに代表に招集されると、UEFA EURO 2012の予選2試合に出場。EURO2012本大会の直前に負傷し出場が危ぶまれたが、グループリーグ第3戦のアイルランド代表戦よりスターティングラインナップに名を連ね、クラブでも同僚のジョルジョ・キエッリーニやレオナルド・ボヌッチとともにディフェンスラインを形成。決勝でスペインに大敗したものの、準優勝を果たした。2014年ワールドカップ・ブラジル大会でもレギュラーとしてプレー。2016年、UEFA EURO 2016大会後に代表から引退することを発表した。UEFA EURO 2016のメンバーに選出されレギュラーとしてプレーした。しかし代表監督ジャンピエロ・ヴェントゥーラの説得により代表引退を撤回し、2016年9月のフランスとの親善試合でプレーした。2017年、2018 FIFAワールドカップ・ヨーロッパ予選のプレーオフに敗れた後に代表引退をした。
2年半ぶりのイタリア復帰となった2010-11シーズンの後半のみで15試合に出場した。デルネーリが退任し、クラブOBのアントニオ・コンテが新監督に就任した翌2011-12シーズンはDFラインの中心として35試合に出場。ユヴェントスの9シーズンぶりのスクデット獲得に貢献した。チャンピオンズリーグ3度の決勝進出、セリエA8連覇に貢献したが、2018-19年シーズンをもって現役を引退することを発表した。2019年9月25日、トップチームのテクニカル・コラボレーターとしてユヴェントスに復帰することが発表された。
2008年に故郷フィレンツェのクラブであるフィオレンティーナへと移籍すると思われていたが、パレルモのチームメイトで親友でもある同じDFのクリスティアン・ザッカルドと共に5月28日、ドイツのVfLヴォルフスブルクにDFとしては当時ブンデスリーガ最高額（同時にクラブ最高額）の移籍金1400万ユーロとチーム内トップの年俸400万ユーロで移籍。すぐにディフェンスラインの要となり、1年を通して安定した守備を見せてリーグ戦全34試合にフル出場。移籍1年目にしてブンデスリーガ優勝を成し遂げた。しかし、その後は故障や異国でのストレスによるモチベーションの低下もあって出場機会が減少し、2011年1月27日にキエーヴォ時代の恩師デルネーリが監督を務めるユヴェントスへ移籍した。
2004年にはUSチッタ・ディ・パレルモへと移籍、31年ぶりにセリエAへ昇格したチームながらも上位進出をするチームの守備の要として急成長し、イタリア代表にも名を連ねるようになった。2007年にはクラブのキャプテンも務めた。
17歳の時地元セリエC2クラブのロンディネッラでキャリアをスタート。当時はミッドフィールダーとしてプレーした。同チームで経験を積み、2000年よりセリエBのACピストイエーゼにてプレーしチームを率いたジュゼッペ・ピッロンに気に入られ、ピッロンがセリエBのアスコリ・カルチョを率いる際に引き抜かれる。ここでDFにコンバートされると持ち味の強さと高さを発揮し実績を積んで、2003年にルイジ・デルネーリ率いるセリエAのACキエーヴォ・ヴェローナへと移籍した。ルイジ・サーラからレギュラーを奪い取り、ユヴェントスFCへ移籍したニコラ・レグロッターリエの穴を埋め「第2のレグロッターリエ」と呼ばれた。
「アニメには、創造性を踏まえた、作画と撮影の技術的進歩が不可欠」との持論に基づき、新たな映像表現の開拓と同時に、それに付随する数多くの技術を編み出した。作画については、『あしたのジョー』において、杉野昭夫、金山明博、荒木伸吾の各作画監督に、目の表情による表現バリエーションの確立をオーダー。端的で漫画チックな表現が主流だった1970年代初頭までのアニメには珍しく、微妙な表情の変化によるキャラクターの繊細な内面描写を試みた。『エースをねらえ!』（テレビ版）では、背景にいる端役キャラクターの表情や色彩を大胆に省略する手法を取り入れている。止め絵や繰り返しショット等、リミテッドアニメにおいて定型的に使われる演出技法の多くを発想し、確立させたのも出﨑である。後述のように、これらは一般に「出﨑演出」などと称されるが、本人は技術について「表現したいことのために必然的に出てきたもので、技術自体を見せるのが目的ではない」としている。また自身の指向性については、虫プロで手塚治虫が率先して制作した実験アニメーションの志を、商業作品内で発揮しようと考えた旨を語っていた。事実、非商業芸術作品としての実験アニメの類は、デビュー以来制作していない。撮影に関しては、フィルム撮影時代に多くの撮影表現を発想し、現実化した。なかには従前の常識では不可能と考えられるものもあったが、高橋宏固ら出﨑の信頼が厚い撮影スタッフたちが研究により問題を解決、数々の手法が技術的に確立された。処理の多くは、実写的な立体感や質感を伴わせるものである。ときには、セル画の絵をそのまま映し出すとギャグ漫画のように見えたり、あるいはセルと背景を組み合わせてピントを合わせて撮っただけの画面に何の面白味も感じないとの理由から、アニメートされた絵を見えなくしてしまうほど大量のエフェクトを用いることもあった。デジタル作業によるアニメ制作が主流となって以降も、独自の技術的探求を進めた。『源氏物語千年紀 Genji』では、非常に複雑な衣装の柄（模様）を、人物の動きに合わせて自然に動かすことにこだわった。これはCG制作のみならず、撮影スタッフも連携することにより現実化している。