Prima di approdare all'N.C.I.S. era un detective della squadra omicidi di Baltimora. È laureato in "Educazione fisica" ed è un appassionato di cinema; ha una particolare preferenza per la serie tv Magnum P.I. Ama il lavoro sul campo, mentre in ufficio spesso giocherella con il Pivello McGee o sonnecchia. Ha un debole per le belle donne ed è molto attraente. Apparentemente superficiale, al momento giusto sa dimostrare una certa sensibilità ed intuito. Avrà una storia con l'agente dell'NCIS Paula Cassidy. Di origine italiana e figlio unico di un magnate della finanza, è stato diseredato (stesso destino capitato all'attore che lo interpreta). Del suo passato si sa ben poco, tranne che è la causa del suo atteggiamento da Peter Pan. Più avanti nella serie si capirà che Gibbs e DiNozzo hanno un carattere molto simile e che Gibbs è diventato quello che è a causa delle tragedie nella sua vita privata. Inoltre quando è DiNozzo a prendere il posto di Gibbs si comporta nello stesso identico modo del suo mentore, "scappellotti" e frasi prese da film comprese. All'inizio della quarta stagione intraprende una relazione molto seria con una dottoressa di nome Jeanne Benoit neanche Ziva o Tim la vedranno. Chiederà un consiglio su Jeanne a Jen, direttore dell'N.C.I.S., con la quale è diventato molto amico durante l'assenza di Gibbs, tanto da rendere tranquilla il direttore anche quando DiNozzo capita per sbaglio nel suo ufficio mentre lei è seminuda.

È interpretato da Michael Weatherly, 39 anni, noto per il telefilm Dark Angel dove interpretava il pirata informatico Logan / Solo Occhi. Ha fatto una puntata di Streghe: Prima serie "il demone buono" interpretava un demone. È divorziato e ha un figlio. Ha avuto tra le altre anche una storia con Jessica Alba. La voce italiana di Tony è del doppiatore Alessandro Quarta.