Nasce a Teramo nel dicembre del 1920. Il suo vero nome era Feliciano, ma per tutti quelli dell'ambiente cinematografico, la sua famiglia e gli amici, era Gianni. Nella sua carriera Di Venanzio è stato uno dei maggiori maestri italiani nell'arte della fotografia cinematografica. Diplomato al Centro Sperimentale di Cinematografia, solo pochi anni dopo è già uno dei più importanti direttori della fotografia in Italia. Fu attivo nel periodo d'oro del cinema italiano dal 1944 al 1966.
Iniziò a lavorare come direttore della fotografia con Luchino Visconti in "Giorni di Gloria" del 1945, subito dopo la guerra, nel 1951, collabora con Carlo Lizzani per "Achtung! Banditi!", richiestissimo, Monicelli lo vuole per "I Soliti Ignoti" del 1958, il suo ultimo lavoro uscito postumo fu "The Honey Pot" del 1967 di Joseph Mankiewicz, regista americano vincitore di ben quattro Premi Oscar. La sua perizia lo portò a collaborare con cineasti di straordinaria eccellenza, come Federico Fellini, Michelangelo Antonioni, Mario Monicelli, Francesco Rosi, Alberto Lattuada e molti altri. Vinse ben cinque Nastri d'Argento, per "Il Grido" del 1958 di Antonioni, "I Magliari" nel 1960 e "Salvatore Giuliano" nel 1963 di Rosi, infine con due film di Fellini: "8 e Mezzo", nel 1964, e "Giulietta degli Spiriti" nel 1966.
Si spegne prematuramente nel gennaio del 1966. Nel 1996 a trenta anni dalla sua morte l'Associazione Teramo Nostra istituisce un prestigioso premio internazionale dedicato ai direttori della fotografia intitolato a Gianni Di Venanzio. Durante la prima edizione fu proiettato un documentario di Alan Bacchelli con interviste ai più importanti attori e registi e colleghi che lavorarono con Gianni o che sono stati influenzati dal suo lavoro e dalla sua persona, come Claudia Cardinale, Monica Vitti, Vittorio Storaro, Dante Spinotti, Lina Wertmuller, e Francesco Rosi.