La famille de Fabio Conversi travaille dans le cinéma depuis trois générations. A 14 ans et demi, il débute comme stagiaire caméra sous la houlette de son oncle, chef opérateur. Il devient ensuite cadreur et exerce ce métier un certain temps, principalement en Italie, mais également aux Etats-Unis à deux reprises. En 1983 avec The Lonely Lady de Peter Sasdy et Every time we say goodbye (1986) de Moshé Mizrahi, avec Tom Hanks.

Dans son pays d'origine, il collabore avec des réalisateurs de renom comme Marco Bellocchio avec Le diable au corps, les frères Taviani sur Good morning Babilonia (1987), ou encore Luigi Comencini et Nanni Moretti pour Un enfant de Calabre (1987) et Palombella rossa (1989).

Il devient ensuite directeur de la photographie, et c'est principalement en France qu'il exercera cette nouvelle activité. Il signe notamment la photo des films de Diane Kurys, avec qui il collabore trois fois sur La Baule - Les pin (1990), Après l'amour (1992) et A la folie, du premier long-métrage de Xavier Beauvois Nord (1991), de Un Indien dans la ville (1994) de Hervé Palud et de Pédale douce (1996) de Gabriel Aghion.

C'est en 1998, qu'il passe derrière la caméra avec Le clone, une comédie qu'il co-écrit également, produite par Dominique Farrugia. Les deux principaux protagonistes sont interprétés par Elie Semoun et Dieudonné.

En 2000, il tourne son deuxième film en qualité de réalisateur Entre deux mondes, une co-production franco-italienne, réunissant Stéphane Freiss et Michele Placido.