La carriera di Marchisio è praticamente tutta colorata di bianconero. La Juventus infatti lo acquista nel 1993, a soli 7 anni, e lo fa maturare nelle sue giovanili fino alla Primavera, di cui diventa capitano e con la quale vince due Tornei di Viareggio, un campionato e una Supercoppa. Nella stagione 2005/2006 Fabio Capello lo convoca più volte con la prima squadra, ma per l'esordio ufficiale bisogna aspettare l'anno successivo, con bianconeri retrocessi d'ufficio in Serie B: entra in campo nel match vinto 1-0 contro il Frosinone e pochi giorni dopo parte titolare nella gara con il Brescia.

Il debutto in Serie A avviene il 26 agosto 2007, a 21 anni, nelle fila dell'Empoli, l'unico anno che Marchisio trascorre lontano da Torino. Con i toscani gioca anche in Coppa Uefa, ma in estate - alla fine del prestito - torna alla Juventus, che lo fa esordire in bianconero nella massima serie il 31 agosto 2008, nella prima giornata contro la Fiorentina. Il primo gol con la Vecchia Signora lo realizza proprio ai viola nel girone di ritorno, chiuso al secondo posto. Della Juventus diventa perno del centrocampo e in sei stagioni conquista tre Scudetti e due Supercoppe Italiane.

Predestinato anche in Nazionale, Marchisio gioca con tutte le selezioni giovanili azzurre, dall'Under-16 e sino all'Under-21 di Casiraghi, con cui debutta il primo giugno 2007 e con la quale arriva terzo agli Europei di categoria del 2009. Il 12 agosto dello stesso anno il ct Marcello Lippi gli regala la prima presenza nella Nazionale maggiore dandogli una maglia da titolare nell'amichevole a reti inviolate Svizzera-Italia. Va al Mondiale nel 2010, giocando solo le prime due partite con Paraguay e Nuova Zelanda, e all'Europeo 2012, perso in finale dagli azzurri in finale con la Spagna.

"Una squadra che mi suscita particolare antipatia? Il Napoli, ogni volta che li affronto dentro di me scatta qualcosa". Era il 10 gennaio 2013 e con queste parole Claudio Marchisio attirò su di sé le ire di molti tifosi partenopei. Nonostante le pronte scuse del centrocampista bianconero - solitamente molto pacato nelle sue interviste -, sui social network iniziarono raffiche di messaggi di protesta e online cominciò addirittura a circolare un'app di cattivo gusto dal titolo "Picchiamo Marchisio".