Nelle categorie giovanissimi, esordienti e allievi, tra il 1998 e il 2005, gareggia sempre con il Gruppo Sportivo Luc Bovolone di Lino Scapini[2], ottenendo numerose vittorie su strada e su pista, e indossando anche la maglia azzurra nel 2005 in occasione dei Giochi Olimpici europei giovanili, dove vince la medaglia d'oro sia nella prova in linea che nella corsa a punti[5]. In questo periodo viene notato da Paolo Slongo che seguirà la carriera di Viviani negli anni successivi fino all'esordio tra i professionisti diventando il punto di riferimento del giovane veronese[2].
Nel biennio 2006 e 2007 gareggia con la FDB-Car Diesel di Remo Cordioli[2] nella categoria juniores, centrando quindici vittorie su strada e trentaquattro in pista, compresi Campionati europei e italiani oltre a due medaglie di bronzo ai mondiali[5]. In questa prima parte della carriera instaura un particolare rapporto con Andrea Guardini, fortissimo velocista anche lui veronese e suo coetaneo, con cui fin da bambino lotta per la vittoria nelle corse su strada mentre insieme vincono i titoli in pista[6]. La rivalità su strada andrà avanti negli anni all'insegna del rispetto della correttezza, anche quando tutti e due saranno professionisti[6].
Nel 2008 Viviani passa alla categoria Under-23 con la squadra veneta Marchiol di Giuseppe Lorenzetto, dove il direttore sportivo Biagio Conte lo affianca al più esperto Jacopo Guarnieri per fare esperienza e maturare senza pressioni[2]. Nella stagione d'esordio arrivano comunque due vittorie[7] che nel 2009 saranno sette compresa La Popolarissima, una delle più antiche classiche dilettantistiche italiane terreno di caccia per i giovani velocisti[8]. Viviani si impone solitamente in volata dopo corse più a meno impegnative ma talvolta anche per distacco tanto che lui stesso si definisce passista veloce e non velocista[2]. Impegnato seriamente anche in pista, in questi due anni conquista due Campionati europei di categoria, tre Campionati italiani assoluti in diverse specialità.
2010: il passaggio tra i professionisti
La stagione 2010 vede Elia ancora con la Marchiol gareggiare per il terzo anno tra gli under 23. Dopo la vittoria in una tappa della Vuelta a Cuba, cui partecipa in rappresentanza della Nazionale italiana,[9] si impone al Giro delle Tre Provincie e per la seconda volta consecutiva alla Popolarissima; centra così il dodicesimo ed ultimo successo nella categoria[10] prima di diventare professionista[11].
Diventa professionista nell'aprile del 2010, a ventuno anni, con la Liquigas-Doimo del team manager Roberto Amadio, dove ritrova Paolo Slongo, che lo seguiva dalle categorie giovanili, e Biagio Conte, già suo direttore sportivo alla Marchiol negli under 23[2]. Nella squadra veneta, avente licenza ProTour, trova corridori esperti come Ivan Basso, Franco Pellizotti e Francesco Chicchi ma anche molti giovani quali Vincenzo Nibali,Jacopo Guarnieri, Daniel Oss e Peter Sagan. Debutta in gara al Presidential Cycling Tour of Turkey dove vince in volata la settima tappa conquistando all'esordio il primo successo da professionista[2][12]. Nel corso della stagione vince anche il Memorial Marco Pantani, battendo in volata José Serpa e Manuel Belletti dopo una lunga fuga partita per iniziativa dello stesso Viviani[13], e il Memorial Frank Vandenbroucke, corsa belga con strappi e tratti in pavé, dove a un chilometro dall'arrivo esce dal gruppo principale, raggiunge e sorpassa i fuggitivi in testa alla gara e taglia il traguardo tutto solo, dimostrando una buona predisposizione per le classiche del pavé[14].
2011: Liquigas-Cannondale
Confermato anche per il 2011 nella Liquigas-Cannondale, Viviani si pone come obiettivo per la sua prima stagione completa quello di ottenere qualche successo e fare esperienza nelle corse importanti[2]. L'annata inizia in modo positivo con due vittorie su strada in febbraio al Gran Premio Costa degli Etruschi e al Tour de Mumbai I-Nasik Cyclothon in India, dove regola in volata l'esperto Robbie McEwen[15]. Il risultato più prestigioso arriva in marzo ai Campionati del mondo su pista di Apeldoorn dove conquista la medaglia d'argento nello scratch. Partecipa poi per la prima volta al Giro delle Fiandre ma si ritira[16].
Alla fine del 2012 lo sponsor Liquigas lascia il ciclismo dopo otto anni di attività[34]. La maggior parte del personale della squadra, compreso lo stesso Viviani, si trasferisce alla neonata Cannondale Pro Cycling, che assume anch'essa licenza World Tour[35].
2013: Cannondale Pro Cycling
Nel 2013 fa il suo debutto stagionale in febbraio al Tour of Qatar, dove ottiene il quinto posto nella prima tappa[36]. Alla Parigi-Nizza si piazza terzo nella prima tappa, secondo nella seconda e veste per un giorno la maglia di leader della classifica generale[37]; alla Milano-Sanremo arriva però al traguardo oltre il centesimo posto[38], mentre al Giro d'Italia ottiene in volata due secondi e un terzo posto di tappa.
Confermato dal team Cannondale, Viviani inizia il 2014 con una specifica preparazione per i campionati del mondo su pista di Cali, dove punta a conquistare la medaglia d'oro nella corsa a punti[41]. Alla kermesse iridata invece Viviani delude prima nello scratch e il giorno seguente nella corsa a punti, nella quale, non rendendo al massimo dal punto di vista atletico e commettendo diversi errori sul piano tattico, deve accontentarsi del quattordicesimo posto[42]. Dopo un periodo di riposo ritorna alle corse su strada vincendo la prima volata disputata, in occasione della terza tappa alla Settimana Internazionale di Coppi e Bartali. Al successivo Presidential Cycling Tour of Turkey vince quindi due tappe superando Mark Cavendish[43] e Andrea Guardini: dimostra così una buona condizione in vista del Giro d'Italia[44], il secondo grande obiettivo della sua stagione[41]. In quel Giro, però, a causa di cadute[45] e febbre[46] non va oltre un podio parziale e qualche piazzamento.
Dopo il Giro vince una frazione al Giro di Slovenia e partecipa al Tour de France, portandolo a termine senza però particolari acuti. Tra agosto e settembre si aggiudica invece, sempre in volata, una tappa allo USA Pro Cycling Challenge e la Coppa Bernocchi a Lissone, ottenendo anche buoni piazzamenti alla Brussels Cycling Classic (secondo alle spalle di André Greipel) e al Grand Prix de Fourmies (terzo). Nello stesso periodo si mette in evidenza anche su pista, aggiudicandosi diversi omnium tra Svizzera e Francia; fa suoi anche il titolo italiano dell'omnium e il titolo europeo (nella rassegna svoltasi a Guadalupa) nella medesima specialità.
2015: il passaggio al Team Sky
Dopo la chiusura della Cannondale, passa al Team Sky. La sua avventura con la squadra britannica inizia con un secondo posto al Trofeo Ses Salines e, successivamente, con la vittoria della seconda tappa del Dubai Tour. Il successo più importante della stagione, si ha nella seconda tappa del Giro d'Italia, con arrivo a Genova, dove batte allo sprint Moreno Hofland e André Greipel. Nella seconda parte della stagione ottiene altri 5 successi: la prima tappa dell'Eneco Tour, la prima, la terza e l'ottava frazione del Tour of Britain e due tappe al neonato Abu Dhabi Tour, dove si aggiudica anche la classifica a punti davanti al connazionale Andrea Guardini.
Volato in Brasile per correre la gara dell'omnium ai Giochi olimpici di Rio de Janeiro, la sera del 15 agosto 2016, al termine di due giorni di gara e dopo una sfida serrata nell'ultima delle sei prove previste, la corsa a punti, conquista la medaglia d'oro davanti a Mark Cavendish e Lasse Norman Hansen, che si aggiudicano rispettivamente l'argento e il bronzo.[48] Il ciclista veronese, nonostante una caduta nella corsa a punti causata dal contatto tra Cavendish e Park Sanghoon (e che coinvolge anche Glenn O'Shea),[48] riporta in Italia dopo 16 anni un oro nel ciclismo su pista. Dopo l'oro olimpico conclude la stagione su strada con il ventesimo posto in volata, nonostante il ruolo di co-capitano della Nazionale, ai campionati del mondo su strada di Doha,[49] e con due podi di tappa all'Abu Dhabi Tour (vince Cavendish in entrambe le frazioni).
Per la stagione 2018 si accasa presso la Quick-Step Floors per avere la possibilità di essere capitano in più gare e sostituire Marcel Kittel che si è trasferito presso un'altra squadra.[53] Esordisce al Tour Down Under vincendo la terza tappa[54] e pochi giorni dopo si ripete al Dubai Tour vincendo la seconda frazione. Il giorno successivo conquista il primato in classifica grazie alla penalizzazione di Dylan Groenewegen e difende la maglia fino alla fine, imponendosi anche nella quinta e ultima frazione della corsa.[55] Vince poi la seconda tappa e la classifica a punti dell'Abu Dhabi Tour, vestendo anche per due giorni la maglia di capoclassifica. Dopo essersi piazzato diciannovesimo alla Milano-San Remo si impone nella nuova Driedaagse Brugge-De Panne, già Driedaagse De Panne-Koksijde, divenuta una gara in linea.[56]
Conclude inoltre al secondo posto la prestigiosa Gand-Wevelgem, preceduto in volata dal solo Peter Sagan. Vive poi un Giro d'Italia da assoluto protagonista, nel quale conquista ben quattro successi di tappa, due nei primi giorni in Israele sui traguardi di Tel Aviv ed Eilat, poi di nuovo a Nervesa della Battaglia e ad Iseo; grazie a questi quattro successi, si aggiudica anche la maglia ciclamino che spetta al leader della classifica a punti del Giro. Dopo avere vinto ben tre tappe della neonata Adriatica Ionica Race, conclude il mese di giugno vincendo il Campionato Italiano su strada a Darfo Boario pur su un tracciato decisamente impegnativo, battendo Giovanni Visconti in una volata ristretta[57]. Si impone per la prima volta con la maglia tricolore alla EuroEyes Cyclassics, battendo allo sprint Démare e Kristoff e bissando così il successo ottenuto nel 2017.
Conclude la stagione al 6º posto della classifica Uci World Tour con 2399 punti e con 18 vittorie, è il corridore più vincente del 2018.[58]
2019: la vittoria di tappa al Tour de France e il titolo di campione europeo
Dopo la spettacolare stagione conclusa nel 2018, la stagione 2019 riparte alla grande. Il 15 gennaio conquista infatti la 1ª tappa al Tour Down Under. Segue la vittoria alla Cadel Evans Great Ocean Road Race dove, in uno sprint a ranghi ristretti, precede il campione di casa, l'australiano Caleb Ewan e il sudafricano Daryl Impey. Tra la fine di febbraio e l'inizio di marzo, prende parte alla prima edizione dell'UAE Tour, nuova corsa composta da sette tappe e valevole come terza prova dell'UCI World Tour 2019. Conquista il successo nella 5ª tappa battendo allo sprint proprio l'ex compagno di squadra, il colombiano Fernando Gaviria del team UAE e Marcel Kittel della Katusha. Prosegue la stagione presentandosi al via della Tirreno-Adriatico, vince la 3ª tappa di 226 km con arrivo a Foligno, la più lunga della competizione, precedendo sul traguardo il tre volte Campione del Mondo, Peter Sagan e Fernando Gaviria, conquistando così la sua prima vittoria in questa competizione. Inoltre si piazza sul gradino più basso del podio nella 6ª tappa, battuto dal compagno di squadra Julian Alaphilippe e dal connazionale Davide Cimolai del team Israel Cycling Academy.
Conclusa la prima parte di stagione arriva così alla partenza della 102ª Edizione del Giro d'Italia con l'intenzione di riconquistare la maglia ciclamino, ottenuta l'anno precedente. Il primo arrivo in volata si presenta nella 2ª tappa. Sul traguardo di Fucecchio, è però il tedesco Pascal Ackermann ad imporsi allo sprint su Elia Viviani. Il giorno seguente si riparte e si arriva ad Orbetello ed è ancora una volta volata di gruppo. La volata viene vinta da Elia Viviani, che però viene declassato dalla giuria per un cambio di direzione improvviso e un contatto con Matteo Moschetti a 100 metri dal traguardo. La vittoria va a Fernando Gaviria, che si prende anche la maglia ciclamino. Successivamente conquista due secondi posti, nell'8ª tappa battuto da Caleb Ewan e nella 10ª tappa battuto da Arnaud Démare. L'ultima occasione per i velocisti, prima dell'inizio delle grandi salite, si presenta nella 11ª tappa con arrivo a Novi Ligure. Conclude la tappa al 4º posto, la volata va a Caleb Ewan, che anticipa il vincitore della tappa precedente Arnaud Démare. Non riuscendo a trovare la vittoria di tappa, decide così di ritirarsi per ritrovare la serenità che gli manca.[59]
Ritrova la vittoria al Tour de Suisse dove, dopo un 2º posto nella 3ª tappa, ottiene due vittorie consecutive nella 4ª tappa e 5ª tappa, battendo allo sprint rispettivamente Michael Matthews e Peter Sagan. Conclude la corsa al 2º posto della classifica a punti. Il 6 luglio 2019 si presenta ai nastri di partenza del Tour de France, dopo 5 anni dalla prima ed unica partecipazione alla Grande Boucle, con l'intento di vincere almeno una tappa.[60] Riesce nell'impresa sull'arrivo di Nancy della 4ª tappa, i compagni di squadra Michael Mørkøv e Maximiliano Richeze gli lanciano a perfezione la volata consentendogli di tagliare per primo il traguardo davanti a Alexander Kristoff e Caleb Ewan. Con la vittoria di tappa sul traguardo di Nancy, al Tour de France 2019, diventa il 94º corridore di sempre ad aver vinto almeno una tappa nei tre Grandi Giri, il 18º in attività.[61]
Successivamente ottiene altri piazzamenti, tra cui un 6º, un 3º e due 2º posti, che gli valgono il 3º posto nella speciale classifica finale a punti della competizione. Concluso il Tour de France, il 4 agosto prende parte alla RideLondon - Surrey Classic, dove si impone allo sprint davanti a Sam Bennett.[62]
Viene convocato come capitano per la corsa in linea dei Campionati Europei di ciclismo, che si svolgono ad Alkmaar in Olanda la settimana seguente.[63] Dopo aver condotto la gara insieme ad altri 12 corridori, a 25 chilometri dal traguardo si stacca insieme a Pascal Ackermann e Yves Lampaert, riuscendo a superare quest'ultimo in volata e succedendo così al connazionale Matteo Trentin come campione continentale.[64]
^ab Vito Bernardi, Viviani & Guardini: vite da velocisti..., in pedaletricolore.it, 30 dicembre 2011. URL consultato il 19 maggio 2014 (archiviato dall'url originale il 19 maggio 2014).
^Giro Turchia, 7/a tappa a Viviani, in Corrieredellosport.it, 17 aprile 2010. URL consultato il 18 novembre 2012 (archiviato dall'url originale il 19 maggio 2014).
^SCALETTA PREMIATI GIRO D’ONORE 2011 (PDF), in Federciclismo.it/, 15 dicembre 2009. URL consultato il 24 novembre 2012 (archiviato dall'url originale il 31 gennaio 2012).