Di Natale aloitti jalkapalloilun ammattilaisenaEmpolissa. Hän nousi edustusjoukkueeseen kaudella 1996–1997 ja pelasi yhden ottelunSerie B:ssä. Ensiesiintyminen tapahtui 26. tammikuuta 1997 Cremonesea vastaan.[1] Kauden jälkeen Empoli nousiSerie A:han ja Di Natale siirtyi syyskuussa 1997 lainasopimuksellaIperzolaanSerie C2 tasolle.[2] Kauden aikana Di Natale pelasi 33 ottelua ja onnistui maalinteossa kuudesti.[2] Joukkue kuitenkin jäi sarjassa toiseksi viimeiseksi ja putosi kauden päätteeksi sarjatasoa alemmaksi. Di Natale palasi kauden jälkeen takaisin Empoliin, joka säilytti paikkansa Serie A:ssa sijoittumalla sarjassa kahdenneksitoista. Myös kaudella 1998–1999 Di Natale siirtyi pelaamaan lainalle. Aluksi kesäkuussa 1998 hän siirtyi Serie C1:ssä pelanneeseenVareseen, jossa Di Natale pelasi neljä ottelua[2] ennen siirtymistään lokakuussa 1998 Serie C2 tasonViareggioon.[2] Hän pelasi joukkueessa loppukauden tehden kaksitoista maalia 25 sarjaottelussa.[2] Viareggio säilyi Serie C2 tasolla oltuaan sarjassa sijalla 12. Sen sijaan Di Natalen omistanut seura Empoli putosi takaisin Serie B:hen kauden 1998–1999 päätteeksi jäätyään Serie A:ssa viimeiseksi.
Empolin pudotessa takaisin Serie B:hen kaudeksi 1999–2000 sai Di Natale tilaisuuden pelata joukkueen riveissä sitten kauden 1996–1997 jälkeen. Hän teki ensimmäisen maalinsaItalian cupissa 15. elokuuta 1999 Monzaa vastaan, kun Empoli voitti ottelun 1–4.[3] Di Natale teki myöhemmin ensimmäisen Serie B maalinsa 12. syyskuuta 1999Sampdoriaa vastaan.[1] Myöhemmin 11. kesäkuuta 2000 Di Natale teki kaksi maaliaChievoa vastaan.[1] Kauden päätteeksi Di Natale pelasi 25 sarjaottelua ja teki niissä kuusi maalia.[2] Empoli sijoittui lopulta Serie B:ssä kahdeksanneksi, kun Italian cupissa matka katkesi ensimmäiselle kierrokselle.
Kaudella 2000–2001 Di Natale aloitti maalinteon Italian cupin avausottelussaCrotonea vastaan 13. elokuuta 2000.[4] Seuraavan kerran Di Natale onnistui maalinteossa Serie B:ssä 12. marraskuuta 2000 Cittadellaa vastaan, joka päättyi tasan 2–2.[5] 11. helmikuuta 2001 Di Natale ratkaisi kahdella maalillaan voiton EmpolilleGenoaa vastaan.[5] Empoli sijoittui lopulta kuudenneksi Serie B:ssä jääden viiden pisteen päähän noususta Serie A:han. Italian cupissa Empoli jäi lohkossaan toiseksi ja jäi edellisen kauden tapaan ensimmäiselle kierrokselle. Di Natale pelasi tällä kertaa 35 sarjaottelua ja teki niissä yhdeksän maalia.[2]
Kaudella 2001–2002 Di Natale nosti joukkueensa takaisin Serie A:han, kun Empoli sijoittui Serie B:ssä neljänneksi. Myös Italian cupissa Empoli eteni toiselle kierrokselle voitettuaan oman lohkonsa. Joukkue kuitenkin hävisi Bolognalle vierasmaalisäännöllä.[6] Di Natale teki kauden aikana kuusitoista maalia[2] ja sijoittui maalitilastossa jaetulle neljännelle sijalle. Hän teki avausmaalinsa 26. elokuuta 2001Palermoa vastaan.[7]
Di Natale pääsi pelaamaan urallaan ensimmäistä kertaa Serie A:ssa kaudella 2002–2003. Ensimmäinen Serie A ottelu Di Natalelle kirjattiin 14. syyskuuta 2002 heti kauden avausottelussa Comoa vastaan.[8] Samassa ottelussa hän teki myös ensimmäisen maalinsa Serie A:ssa[8], kun Empoli voitti vierasottelun maalein 0–2.[9] 17. marraskuuta 2002 Di Natale teki uransa ensimmäisenhettutempunRegginaa vastaan[8], jonka Empoli voitti maalein 4–2.[10] Kauden loppupuolella Di Natale muun muassa teki ratkaisevan 0–1 voittomaalinAC Milania vastaan.[11] Kauden päätyttyä Empoli sijoittui Serie A:ssa kolmanneksi toista. Italian cupissa Empoli voitti lohkonsa ja eteni toiselle kierrokselle, jossa se voitti Torinon. Matka katkesi lopulta puolivälierissäLaziota vastaan, jolle Empoli hävisi yhteismaalein 4–1.[12] Di Natale pelasi kauden päätyttyä 27 sarjaottelua ja teki niissä kolmetoista maalia.[8]
Kaudella 2003–2004 Di Natale ei tehnyt enää yhtä tehokkaasti maaleja. Hän pelasi kauden aikana 33 sarjaottelua, joissa syntyi viisi maalia.[13] Di Natale onnistui kuudessa ensimmäisessä ottelussa tekemään kolme maalia ja teki muun muassa 5–1 tappioon päättyneessä ottelussa Empolin ainoan maalinJuventusta vastaan.[14] Di Natale teki kauden viimeisen maalinsa 11. tammikuuta 2004 Anconaa vastaan,[13] jonka jälkeen hän ei tehnyt lopuissa seitsemässätoista ottelussa maaliakaan. Empoli jäi lopulta Serie A:ssa toiseksi viimeiseksi ja putosi kauden päätteeksi Serie B:hen. Myös Italian cupissa Empolin tie katkesi heti ensimmäiseen otteluun. Serie A joukkueena Empoli pääsi suoraan toiselle kierrokselle, jossa se hävisiVenezialle yhteismaalein 1–3. Di Natale teki cupissa yhden maalin.[15]
Heinäkuussa 2004 Di Natale siirtyiUdineseen sadan tuhannen euron siirtokorvauksella Empolista.[16] Hän muodosti avauskaudellaan (2004–2005) Udinesen kärkikolmikonVincenzo Iaquintan jaDavid Di Michelen kanssa. Di Natale pelasi ensimmäisen ottelunsa Udinesen paidassa 12. syyskuuta 2004 Serie A:n ottelussa Regginaa vastaan, joka päättyi 0–0.[17] Avausmaalinsa hän teki puolestaan heti seuraavassa sarjaottelussaParmaa vastaan 19. syyskuuta 2004.[18] Udinese pelasi myösUEFA-cupin karsintaa syyskuussa, mutta hävisiPanioniosille yhteismaalein 3–2. Italian cupissa Udinese pääsi suoraan neljännesvälieriin, jossa se voittiLeccen vierasmaalisäännöllä. Di Natale teki ensimmäisessä kohtaamisessa kaksi maalia.[19] Kolme päivää myöhemmin 16. tammikuuta 2005 Di Natale teki Udinesen ainoan maalin 3–1 tappio ottelussaMilanille.[20] Di Natale onnistui myös Serie A:n loppukaudesta maalinteossaAS Roma vastaan,[18] sekä Italian cupissa, jonka Udinese kohtasi pudotettuaan puolivälierissä Milanin.[19] Di Natale teki välierissä Roomaa vastaan yhden maalin, kun Udinese putosi jatkosta hävittyään yhteismaalein 3–2.[19] Di Natalen saldoksi jäi neljä maalia Italian cupissa.[19] Serie A:ssa puolestaan Di Natale teki seitsemän maalia pelaamissaan 33 ottelussa.[18] Hänen joukkueensa sijoittui kauden päätteeksi Serie A:ssa neljänneksi ja sai paikan seuraavan kaudenMestarien liigan karsintoihin.
Kauden 2005–2006 Di Natale aloitti Mestarien liigan karsinnoilla, josta Udinese selvitti tiensä turnaukseen. Joukkue arvottiin Barcelonan, Werder Bremenin ja Panathinaikosin kanssa samaan lohkoon. Kauden avausmaalinsa Di Natale teki 1. lokakuuta 2005 Serie A ottelussa Laziota vastaan.[21] Myöhemmin 18. lokakuuta 2005 Di Natale teki ensimmäisen maalinsa eurokentillä, kun hän tasoitti Mestarien liigan ottelussa Werder Bremeniä vastaan loppunumeroiksi 1–1.[22] Myöhemmin 2. marraskuuta 2005 toisessa kohtaamisessa Di Natale onnistui kahdesti maalin teossa Werder Bremeniä vastaan. Ottelu päättyi kuitenkin Udinesen 4–3 tappioon.[23] Italian cupissa Di Natale teki maalin Atalantaa vastaan 13. tammikuuta 2006 joukkueiden toisessa ottelussa.[24] Udinese jatkoi voitolla matkaansa puolivälieriin Sampdoriaa vastaan.[24] Mestarien liigassa sen sijaan Udinese putosi jatkosta jäätyeen omassa lohkossaan kolmanneksi. Joukkue kuitenkin pääsi vielä UEFA-cupiin lohkon kolmannen sijan myötä. Udinese voitti sitä ennen Sampdorian Italian cupissa vierasmaalin turvin ja Di Natale onnistui kerran maalinteossa molemmissa otteluissa.[24] UEFA-cupissa Udinese onnistui voittamaanRC Lensin yhteismaalein 3–1. Di Natale onnistui maalinteossa ensimmäisessä ottelussa, joka päättyi lukemiin 3–0.[25] Voiton myötä Udinese eteni UEFA-cupissa kuudentoista parhaan joukkoon, johon sen tie myös katkesi hävittyäänLevski Sofialle. Huhtikuussa 2012 Udinesen matka katkesi myös Italian cupissa hävittyään Interille välierissä yhteismaalein 3–2.[24] Di Natalen saldoksi jäi Italian cupissa kolme maalia kolmessa ottelussa.[24] Serie A:ssa Udinese jäi sijalle yksitoista. Di Natale sen sijaan teki kahdeksan maalia 35 sarjaottelussa.[21]
Kaudella 2006–2007 Di Natale aloitti heti kauden alussa maalinteon, kun hän teki kaksi maalia 19. elokuuta 2006 pelatussa Italian cupin ottelussaAS Melfea vastaan.[26] Udinesen matka kuitenkin katkesi ensimmäiselle karsinta kierrokselle hävittyään kolmannen ottelunArezzolle varsinaisen peliajan jälkeen rangaistuspotkuilla.[26] Myös Serie A:ssa Di Natale aloitti vahvasti kahdessa ensimmäisessä ottelussa. Avausmaali syntyi Torinoa vastaan 17. syyskuuta 2006[27] ja toinen heti perään 20. syyskuuta 2006 Sampdoriaa vastaan.[27] Sen jälkeen Di Natale onnistui maalinteossa vasta 20. joulukuuta 2006 vierasottelussa Atalantaa vastaan.[27] Hän teki myös muutamaan otteeseen kaksi maalia yhden pelin aikana. Ensimmäinen niistä syntyiParmaa vastaan 25. helmikuuta 2007, jossa hän vei maaleillaan Udinesen 2–1 johtoon. Ottelu päättyi tasan 3–3.[28] Toisen kerran Di Natale teki kaksi maalia kotiottelussa Livornoa vastaan. Tuolloin ottelu päättyi Udinesen 4–0 voittoon.[29] Di Natale teki kaiken kaikkiaan Serie A:ssa yksitoista maalia pelaamissaan 31 ottelussa.[27] Udinese sijoittui kauden päätteeksi Serie A:ssa kymmenenneksi. Di Natalelle kirjattiin myös uransa kaksi ensimmäistä ulosajoa Serie A:ssa. Ensimmäinen niistä tuli kahden varoituksen myötä Livornoa vastaan 5. marraskuuta 2006[30] ja toinenCataniaa vastaan 29. huhtikuuta 2007.[31]
Ennenkauden 2007–2008 alkua Di Natale allekirjoitti heinäkuussa 2007 viiden vuoden jatkosopimuksen Udinesen kanssa.[32] Hän aloitti edellisen kauden tapaan maalinteon Italian cupissa. Di Natale teki yhden maalin, kun Udinese voittiAS Barin maalein 3–0.[33] Cupissa Udinesen taival päätyi neljännesvälieriin, jossa se hävisi Catanialle vierasmaalisäännöllä.[33] Serie A:ssa Di Natale aloitti ensimmäisen ottelun vaihdossa, kun Udinese hävisi Napolille maalein 0–5.[34] Heti seuraavassa ottelussa Di Natalen päästyä takaisin aloituskokoonpanoon hän teki maalin Juventusta vastaan, joka jäi myös ottelun ainoaksi maaliksi.[35] Myös 22. syyskuuta 2007 pelatussa Serie A ottelussa Regginaa vastaan Di Natalen tekemät kaksi maalia riittivät Udinesen 2–0 voittoon.[36] Hän teki vielä kahteen otteeseen kaksi maalia. Toinen syntyi 17. helmikuuta 2008 Regginaa vastaan ja kolmas 24. helmikuuta 2008 Genoaa vastaan.[37] Di Natale teki kauden aikana Serie A:ssa yhteensä 17 maalia pelaamissaan 36 ottelussa.[37] Hän oli joukkueensa paras maalintekijä ja sijoittui Serie A:n maalitilastossa neljänneksi. Udinese sijoittui Serie A:ssa seitsemänneksi ja sai karsintapaikan UEFA-cupiin.
Kauden 2008–2009 Di Natale aloitti Serie A:ssa 30. elokuuta 2008 tekemällä avausottelussa kaksi maalia Palermoa vastaan.[38] Myöhemmin syksyllä Udinese selvitti tiensäUEFA-cupiin karsintojen kautta voitettuaanBorussia Dortmundin. Udinese sai lohkoonsaTottenhamin,NEC Nijmegenin,Spartak Moskovan jaDinamo Zagrebin. Udinese voitti myös oman lohkonsa ja eteni jatkoon. Di Natale onnistui kerran maalinteossa lohkovaiheen aikana Tottenhamia vastaan lokakuussa 2008.[39] Kolme päivää myöhemmin (26. lokakuuta 2008) Di Natale teki kaksi maalia Serie A:ssa AS Romaa vastaan, jonka Udinese voitti maalein 3–1.[40] Vielä 14. joulukuuta 2008 Di Natale teki toiset kaksi maalia Laziota vastaan, jonka lopputulos päättyi tasan 3–3.[41] 21. tammikuuta 2009 Di Natale teki Udinesen ainoan maalin Italian cupin neljännesvälierissä Sampdoriaa vastaan, joka pudotti Udinesen jatkosta rangaistuspotkukilpailun jälkeen.[42] UEFA-cupissa Udinese pudotti ensimmäisellä pudotuspelikierroksellaLech Poznań yhteismaalein 3–4. Di Natale pelasi jälkimmäisessä ottelussa, jossa hän teki 2–1 voittomaalin.[43] Maaliskuussa 2009 Udinese kohtasi UEFA-cupin neljännesvälierissäZenit Pietarin, jonka se voitti yhteismaalein 2–1. Myös Di Natale onnistui maalinteossa ensimmäisessä osaottelussa, jonka Udinese voitti maalein 2–0.[44] 29. maaliskuuta 2009 Di Natale loukkasi polvensa maaottelussaMontenegroa vastaan ja joutui olemaan loppukauden sivussa.[45] Häneltä jäi väliin muun muassa UEFA-cupin puolivälieräotteluWerder Bremeniä vastaan, jota vastaan Udinese hävisi yhteismaalein 6–4. Kauden päätyttyä Di Natale ehti pelata ennen loukkaantumistaan 22 Serie A ottelua ja teki niissä 12 maalia.[38] Udinese sijoittui Serie A:ssa toistamiseen seitsemänneksi, mutta ei saanut paikkaa eurokentille.
Kaudella 2009–2010 Udinesen valmentajaPasquale Marino päätti siirtää Di Natalen laitahyökkääjän paikalta keskushyökkääjäksi, kunFabio Quagliarella jätti seuran.[46] Pelipaikan vaihtaminen tuotti tulosta, kun Di Natale teki yhdeksän maalia kauden ensimmäisessä seitsemässä ottelussa. Hän teki muun muassa kauden avausottelussa kaksi maalia Parmaa vastaan ja 13. syyskuuta 2009 hattutempun Cataniaa vastaan.[47] Di Natale oli sittemmin viisi ottelua tekemättä maaliakaan, kunnes teki neljä maalia seuraavassa viidessä ottelussa Livornoa, Bolognaa, Laziota ja Sampdoriaa vastaan.[47] Sillä välin Italian cupissa Udinese eteni aina välieriin saakka, jossa AS Roma pudotti sen jatkosta yhteismaalein 2–1.[48] 7. helmikuuta 2010 Di Natale teki kauden toisen hattutemppunsa Napolia vastaan. Avausmaali syntyi rangaispotkun jälkitilanteesta, kun Napolin maalivahtiMorgan De Sanctis torjui aluksi Di Natalen rangaistuspotkun.[49] Di Natale teki vielä kauden loppupuolella maaliskuussa 2010 kaksi maalia AS Romaa vastaan.[47] Kauden toiseksi viimeisessä ottelussa AS Baria vastaan Di Natale teki 9. toukokuuta 2010 uransa sadannen maalin Udinesen paidassa.[50] Kauden päätteeksi Di Natale teki 29 maalia Serie A:ssa 35 pelaamissaan otteluissa.[47] Samalla hän voittiSerie A:n maalikuninkuuden.[51] Udinese kuitenkin sijoittui Serie A:ssa vasta viidenneksitoista.
Di Natale pelasi ensimmäisen kerranItalian maajoukkueessaGiovanni Trapattonin kutsusta 20. marraskuuta 2002 harjoitusottelussaTurkkia vastaan.[52] Ensimmäinen maali syntyi 18. helmikuuta 2004, neljännessä maaottelussaTšekkiä vastaan.[52] Seuraavan kerran Di Natale nähtiin maajoukkueessa vuonna 2006 vuoden 2008 EM-kisojen karsinnoissa. Hän teki muun muassa kaksi maaliaUkrainaa vastaan EM-karsinnoissa, kun Italia voitti ottelun maalein 1–2.[52] Kaiken kaikkiaan hän pelasi kahdeksan karsintaottelua ja teki niissä kaksi maalia.[53]Roberto Donadoni nimitti Di Natalen myös Italian EM-kisajoukkueeseen, joka teki ennen kisoja 30. toukokuuta 2008Belgiaa vastaan kaksi maalia, kun Italia voitti harjoitusottelun maalein 3–1.[52]Vuoden 2008 EM-kilpailuissa Di Natale pelasi kisoissa yhden ottelun puolivälierissäEspanjaa vastaan tultuaan vaihdosta kentälle.[52] Ottelu eteni lopulta aina rangaistuspotkukilpailuun saakka, jossa Di Natale epäonnistui potkussaanDaniele De Rossin tavoin ja Espanja voitti maalein 4–2.[54]
18. marraskuuta 2009 Di Natale sai kantaa ensimmäistä kertaa kapteenin nauhaa Italian maajoukkueessa uransa 30 maaottelussaRuotsia vastaan.[55] Hänet valittiin myöhemminMarcello Lippin Italian MM-kisajoukkueeseenvuoden 2010 MM-kilpailuihin. Kisoissa Di Natale pelasi kaikissa kolmessa ottelussa ja onnistui kerran maalinteossa viimeisessä ottelussaSlovakiaa vastaan.[56] Italian kisat päättyivät kuitenkin alkulohkoon.
29. toukokuutaCesare Prandelli nimitti Di Natalen Italian maajoukkueeseenvuoden 2012 EM-kilpailuihin.[57] Di Natale palasi tämän myötä Italian maajoukkueeseen sitten vuoden 2010 MM-kisojen. Hän pelasi ennen kisoja harjoitusottelunVenäjää vastaan, jonka Italia hävisi maalein 3–0.[52] Ennen kisajoukkueeseen valintaa Di Natale ilmoitti lopettavansa jalkapallouransa EM-kisoihin.[58] Kisoissa Di Natale tuli avausottelussa vaihdosta kentälle Espanjaa vastaan ja onnistui heti maalinteossa.[54] Italia eteni kisojen päätteeksi aina loppuotteluun saakka, jossa se kohtasi toistamiseen Espanjan. Italia kuitenkin hävisi loppuottelun maalein 4–0 ja sai EM-hopeaa.
