Bertolacci memulakan kariernya ketika di akademi Roma. Pada Januari 2010, beliau telah dipinjam ke kelab Serie A, Lecce. Beliau menjaringkan gol pertamanya untuk Lecce semasa menentang Juventus apabila beliau menjaringkan dua gol pada perlawanan itu. Pada musim panas 2010, Lecce melanjutkan tempoh pinjaman Bertolacci serta mengambil pemain Simone Sini sebagai pinjaman dari Roma.

Bertolacci telah menjaringkan gol ketika menentang kelab induknya pada 20 November 2011. Pada 30 Jun 2012, Bertolacci pulang ke Roma. Pada musim panas 2012, beliau terlibat dengan rundingan pembelian pemain Genoa, Panagiotis Tachtsidis.

Pada 20 Jun 2014, Roma dan Genoa telah memperbaharui kontrak pemilikan bersama terhadap Bertolacci.[1]

Pada musim 2014-15, Bertolacci menempuh kempen terbaik dalam kariernya. Beliau telah menjaringkan enam gol dalam 34 perlawanan Serie A selain melakukan lapan bantuan jaringan gol sekali gus membantu pasukannya menduduki tangga keenam liga.

Pada Jun 2015, Roma telah membeli hak Bertolacci pada bahagian lain dari Genoa yang bernilai 8.5 juta euro. Seterusnya pada 29 Jun 2015, Bertolacci menyertai kelab Serie A, Milan melalui perpindahan yang bernilai 20 juta euro.[2][3] Beliau menjaringkan gol pertamanya di Serie A ketika bersama Milan pada 1 November 2015 semasa menewaskan Lazio 3-1 di gelanggang lawan.

Pada 8 Oktober 2019, Bertolacci telah menyertai Sampdoria melalui kontrak yang dipersetujui sehingga 30 Jun 2020.[4]