Né le 11 septembre 1956 à Rome, dans une famille travaillant dans le cinéma depuis trois générations, Fabio Conversi débute dès l'âge de quatorze ans et demi comme stagiaire caméra sous la direction de son oncle, chef opérateur. Il devient premier assistant opérateur en 1975 puis cadreur en 1982, travaillant principalement en Italie mais aussi à deux reprises aux États-Unis, sur The Lonely Lady de Peter Sasdy en 1983 et Every Time We Say Goodbye de Moshé Mizrahi en 1986, aux côtés de Tom Hanks. Dans son pays natal, il collabore avec de grands noms du cinéma italien, dont Marco Bellocchio sur Le Diable au corps, les frères Taviani sur Good Morning Babilonia en 1987, ou encore Luigi Comencini et Nanni Moretti sur Palombella rossa en 1989. Il devient ensuite directeur de la photographie, exerçant principalement en France, où il signe notamment la photo de plusieurs films de Diane Kurys. En 1998, il passe à la réalisation avec Le Clone, comédie interprétée par Élie Semoun et Dieudonné, suivie de Entre deux mondes en 1999 et Malefemmene en 2001, deux films qu'il écrit et réalise également mais qui rencontrent un accueil plus discret. Au tournant des années 2000, il se consacre de plus en plus à la production, remportant l'Oscar du meilleur film en tant que producteur de La Grande Bellezza de Paolo Sorrentino en 2014.
Sa formation familiale, transmise sur trois générations de techniciens du cinéma italien, façonne un rapport intime et artisanal à l'image, hérité directement de son apprentissage auprès de son oncle chef opérateur. Ses collaborations prestigieuses avec des cinéastes italiens majeurs comme Marco Bellocchio, les frères Taviani ou Nanni Moretti nourrissent une exigence visuelle qu'il transpose ensuite dans ses propres films de réalisateur. Son passage en France comme directeur de la photographie, notamment auprès de Diane Kurys, élargit également sa culture cinématographique au-delà du seul cinéma italien.
Fort de sa longue expérience de chef opérateur, Fabio Conversi développe en tant que réalisateur une attention particulière portée à la composition de l'image et à la lumière, héritée de ses décennies passées derrière la caméra plutôt que devant elle. Ses films, principalement des comédies comme Le Clone, privilégient un classicisme visuel soigné, en phase avec sa formation de technicien plutôt qu'avec une recherche d'auteur affirmée. Son passage progressif vers la production, dans les années 2000, témoigne également d'une évolution de carrière vers l'accompagnement d'autres cinéastes plutôt que la mise en scène personnelle.
Il remporte l'Oscar du meilleur film en tant que producteur de La Grande Bellezza de Paolo Sorrentino en 2014. Il obtient également deux nominations au César du meilleur film en langue étrangère en tant que coproducteur de films réalisés par Paolo Sorrentino, pour La Grande Bellezza en 2014 et pour Youth en 2016.
Il collabore de façon récurrente avec le réalisateur Paolo Sorrentino en tant que producteur, notamment sur La Grande Bellezza et Youth. En tant que directeur de la photographie, il travaille également à plusieurs reprises avec la réalisatrice Diane Kurys en France.
La comédie populaire italienne et française, portée par des duos comiques comme Élie Semoun et Dieudonné dans Le Clone, structure l'essentiel de son travail de réalisateur. Son parcours de technicien devenu producteur, marqué par un souci constant de la qualité visuelle, traverse également l'ensemble de sa carrière derrière la caméra. La transmission d'un savoir-faire familial du cinéma italien, hérité de trois générations, complète enfin sa signature de cinéaste artisan.