Com a alcunha de Mazzola (pela semelhança com o jogador italiano Valentino Mazzola), Altafini jogou por inúmeros clubes brasileiros, incluindo o Palmeiras e a Seleção Brasileira de Futebol, pela qual disputou os dois primeiros jogos da copa de 1958 (acabou dando lugar ao estreante Pelé), antes de começar sua carreira na Itália com o AC Milan em 1958. Sua estréia foi em 21 de setembro de 1958 e, em sua primeira temporada, jogou 32 partidas marcando 28 gols, ganhando o título no percurso. Seu primeiro gol na liga foi em 5 de outubro em uma vitória contra o Bari. O Milan ganhou o título novamente em 1962, quando Altafini foi um dos artilheiros da competição com 22 gols em 33 partidas.

Em 1965, Altafini juntou-se ao Napoli, onde ficou até 1972. Naquele ano, o Napoli ironicamente perdeu por 2 a 0 na final da Copa da Itália para o clube anterior de Altafini, o Milan.

Depois de jogar pelo Napoli, se juntou ao Juventus e perdeu outra final de copa em 1973. Ele ganhou, no entanto, mais dois títulos do campeonato: em 1973 e 1975. Quando ele deixou a Juventus em 1976, Altafini tinha jogado 459 jogos na Serie A e marcado 216 gols, apesar de tê-los feito em grande parte no começo de sua carreira. De fato, ele apenas marcou 53 gols em suas últimas oito temporadas na Itália, enquanto havia marcado 134 em suas oito primeiras.

Ele se juntou ao Chiasso e então ao Mendrisio Star (ambos na Suíça italiana) após deixar a Itália e jogou por mais quatro temporadas antes de se aposentar, com 42 anos de idade.

Por ser filho de italianos, Altafini é também cidadão italiano, tendo jogado pela Seleção Italiana. Sua estréia foi contra a Seleção Israelense em 15 de Outubro de 1961, no jogo na qual também marcou seu primeiro gol pela Itália.