Ксавье Джанноли родился 7 марта 1972 года в Нёйи-сюр-Сен, округ Нантер, департамент О-де-Сен, Франция. Окончил филологический факультет Сорбонны в Париже. Работал журналистом, а затем помощником режиссёра.
В 1993 году Ксавье Джанноли дебютировал в короткометражным фильме «Осуждённый», который создал Филипп Леотар. Одна из короткометражек режиссёра, «Интервью» с Матьё Амальрик в главной роли, получила на Каннском кинофестиваля 1998 Золотую пальмовую ветвь за лучший короткометражный фильм и премию «Сезар» в категории «лучший короткометражный фильм».
В начале 2000-х Джанноли снимал клипы и рекламные ролики, выступал продюсером двух режиссёрских работ Оливье Ассаяса: «Демон-любовник» (2002) и «Очищение» (2004).
В 2003 году Ксавье Джанноли снял свой первый полнометражный художественный фильм «Страстные тела» (Les corps impatients). Мелодрама Джанноли «Когда я был певцом» 2006 года о любви постаревшего певца и юной привлекательной девушки с участием Жерара Депардье и Сесиль де Франс стала первой полнометражной лентой режиссёра которая боролась за Золотую пальмовую ветвь Каннского кинофестиваля 2006 года.
В 2009 году на экраны вышла лента Джанноли «Всё сначала» с Франсуа Клюзе и Эммануэль Дево в главных ролях. Фильм боролся за Золотую пальмовую ветвь 62-го Каннского кинофестиваля и был номинирован на кинопремию «Сезар» в 2010 году в 11-ти категориях, в том числе за лучший фильм и лучшую режиссёрскую работу.
Комедийная драма Джанноли 2012 года «Суперзвезда» участвовал в 69-м Венецианском кинофестивале и боролся за главную награду — «Золотой лев».
В 2015 году Ксавье Джанноли представил в главной конкурсной программе 72-го Венецианского кинофестиваля свой новый биографический фильм о жизни американской певицы Флоренс Фостер Дженкинс «Маргарита», который получил приз фестиваля.
Ксавье Джанноли вместе с Эдуаром Вайлем является основателем независимой продюсерской компании.
