Montebelluna doğumlu olan Datome, profesyonel kariyerine 2003 yılında Montepaschi Siena'da başladı ve ilk sezonunda Serie B2 ekibi Santa Crobe'ye kiralandı. Gösterdiği performansla sezon bitmeden Montepaschi'ye geri çağırıldı ve lig'deki ilk sezonunda takımı ile birlikte sadece on üç maçta süre almasına rağmen lig şampiyonluğu ve süper kupa şampiyonlukları yaşadı. 12 Şubat 2006 tarihinde oynanan Air avellino maçında 26 sayı atarak kariyer rekorunu kırdı.
Siena'da geçirdiği dört sezonun ardından 2006-07 sezonunun devre arasında Scafati Basket'e kiralanan Datome, bu sezon fazla dakika alamasa da 2007-08 sezonunda maç başına 9.1 sayı ve 3.4 ribaunt ortalamaları ile mücadele etti.
Daha sonra 2008 yılının yazında serbest bırakıldığı açıklandı ve Virtus Roma takımı ile anlaştı. Datome, 2008-09 sezonunda lig'de tutturduğu maç başına 8.9 sayı, 3.1 sayı ortalamalarıyla İtalya Ligi Sezonun 22 Yaş Altı En İyi Oyuncusu seçildi. Sezon sonunda 2009 NBA Seçmeleri'ne katıldı, fakat draft edilmedi.
2012-13 sezonunda ise maç başına 16.4 sayı, 5.7 ribaunt, 1.4 asist ortalamalarıyla oynayarak İtalya'n Ligi'nin normal sezonda MVP'si ödülüne layık görüldü ve 2007-08'de bu başarıyı yakalayan Danilo Gallinari'den bu yana ilk İtalyan basketbolcu oldu.[1] Datome, aynı sezonda takımıyla birlikte play-off'larda finale yükselseler de Montepaschi Siena'ya şampiyonluğu 4-1 yenilerek kaybettiler.[2]
13 Temmuz, 2013 tarihinde Datome, NBA takımlarından Detroit Pistons ile $3.5 milyon dolar karşılığında iki yıllık sözleşme imzaladı.[3][4] Burda forma numarası olarak 13'ü kullanacağını açıkladı.[5] 30 Ekim günü oynanan Washington Wizards maçında kariyerinin ilk NBA maçına çıktı ve sahada 19 saniye kaldı. Datome, 23 Aralık'ta 115-92 kazandıkları Cleveland Cavaliers maçında 13 sayı attı ve sezondaki en yüksek rakamına ulaştı.[6] Çaylak sezonunu maç başına 7.0 dakika, 2.4 sayı ve 1.4 ribaund ortalamalarıyla tamamladı.[7]
Datome, 14 Ocak, 2015 tarihinde Pistons tarafından NBA Gelişim Ligi takımlarından Grand Rapids Drive'ye kiralandı.[8] Fakat 20 Ocak günü yeniden Pistons'a çağrıldı.[9]
Datome, 19 Şubat, 2015 tarihinde Tayshaun Prince karşılığında Jonas Jerebko ile birlikte Boston Celtics'e takas edildi.[10] 15 Nisan'da oynanan Celtics'in normal sezondaki son maçı olan Milwaukee Bucks karşılaşmasında NBA kariyerinde ilk kez bir maça ilk beş başladı; karşılaşmayı takımı 105-100 kazanırken o 22 sayıyla oynayarak kariyer rekorunu kırdı.[11] Datome, Celtics formasıyla 2014-15 normal sezonunda forma giydiği 18 karşılaşmada maç başına 5.2 sayı, 1.4 ribaund ortalamaları tutturdu.[7]
İtalya millî takımı'nın da formasını düzenli olarak giyen ve alt yapı turnuvalarında diğer oyunculara göre vazgeçilmez oyuncuların başında olan Datome, 2003 yılında Madrid’de düzenlenen U-16 Avrupa Şampiyonası’nda maç başına 21.1 sayı ve 11.7 ribaund istatistik ortalamalarıyla oynayarak turnuvanın sayı kralı oldu.[16]2005 U-18 Avrupa Şampiyonası'nda millî takımıyla üçüncü olarak bronz madalya kazanma başarısı gösterdi ve turnuvada maç başına 18.6 sayı, 8.0 ribaund ortalamalarıyla oynadı.[17][18]İtalya'nın ev sahibi olarak düzenlediği 2007 U-20 Avrupa Şampiyonası'nda da kadroda yer alan Datome, takımıyla birlikte bir kez daha bronz madalya kazandı ve maç başına 14.6 sayı, 6.1 ribaund ortalamalarıyla oynayarak turnuvanın en iyi beşine seçildi.[19]
A millî takım formasını ise resmi bir turnuvada ilk kez EuroBasket 2007 turnuvasında giydi ve takımı turnuvaya ikinci tur grubunda 1 galibiyet alarak veda ederken sadece bir karşılaşmada forma giyen Datome, ise İspanya karşısında 2 ribaund yaptı.[20]EuroBasket 2011'tede düşük süreler alıp takımıyla turnuvaya kadrolarında Marco Belinelli, Danilo Gallinari ve Andrea Bargnani gibi NBA oyuncuları olmasına rağmen ilk turda veda ettiler.[21] Datome, EuroBasket 2013'te takım kaptanlığına gelmesiyle bir anda artan rolününde etkisiyle Alessandro Gentile, Marco Belinelli ile birlikte İtalya'nın turnuvada skor yükünü çeken üç oyuncudan birisi oldu ve maç başına 13.8 sayı, 4.9 ribaund ortamalarıyla oynadı.[22] Takımıysa çeyrek finalde Litvanya'ya 81-77 mağlup olarak turnuvayı sekizinci sırada bitirdi.[23]
EuroBasket 2015'te nihayet eksiksiz tam kadro olarak katılan İtalya'nın 12 kişilik kadrosunda yer alan Datome, takımının ikinci maçı olan İzlanda karşılaşmasında kas zedelenmesi yaşayarak sakatlandı ve geri kalan maçlarda forma giyemeyip turnuvayı kapattığı açıklandı.[24][25] Takımıysa bir kez daha çeyrek finalde Litvanya'ya uzatma sonucunda 95-85 mağlup olarak turnuvayı altıncı sırada tamamladı ve elendi.[26]
2.03 boyunda, 98 kg ağırlığında yer alan Datome, kısa forvet ve uzun forvet pozisyonlarında görev almaktadır. İşin hücum kısmında sırtı dönükken attığı tek ayak üstü fade away'lerle oyun stili Dirk Nowitzki'ye benzetilmektedir. Datome, beyaz bir oyuncuya göre ayakları hızlı olmasa da atletizmi yukarı seviye bir oyuncu. Kariyeri boyunca %90 ile serbest atış attığı için faul yapılması zor bir oyuncu ve üç sayı çizgisinden de %40 ile oynamakta olduğu için iyi bir ceza şutörü olarak bilinmektedir. Kendi şutunu yaratabilmesi avantaj olsa da ilk adımının yavaşlığı onun yüzü dönük hücum etmesi için dezavantaj olarak gözükmektedir. Ofansif özelliklerinin yanı sıra fiziği ve atletik özellikleri sayesinde gerektiği zaman iyi bir savunma oyuncusuna dönüşebilmektedir.