Giovanni Agnelli nasce a Villar Perosa (To) il 13 agosto 1866 da Edoardo e da Aniceta Frisetti.
Avviato dalla famiglia alla carriera militare, nel 1884 entra nella Scuola militare di Modena, dalla quale uscirà nel 1886 col grado di sottotenente di cavalleria.
Nel 1889 si sposa con Clara Boselli; dall'unione nasceranno i figli Tina ed Edoardo Jr., entrambi destinati a morire prematuramente: Tina nel 1928, ed Edoardo, tragicamente, nel 1935.
Nel 1892 Agnelli abbandona la carriera militare e si stabilisce a Torino, nel momento in cui la città si sta trasformando in metropoli industriale, dimostrandosi particolarmente attento alla novità rappresentata dall'industria automobilistica e frequentando le prime officine che producono tricicli a motore, come quella di L. Storero, o le prime vetture, come quella di Giovanni Ceirano. Così, quando nel 1899 un gruppo di torinesi appassionati dell'auto decide la costituzione di una società per la costruzione e il commercio di automobili, anche Agnelli aderisce all'iniziativa.
La nuova società, costituita ufficialmente l'11 luglio dello stesso anno con il nome di S.A. Fabbrica Italiana Automobili Torino, e con un capitale sociale di 800.000 lire, iniziò l'attività con 50 operai in uno stabilimento, appositamente costruito, di 10.000 metri quadrati.
Nel consiglio di amministrazione Agnelli assunse il ruolo di segretario, carica che gli permise di diventare in breve tempo il responsabile dell'intera impresa, tanto da identificarsi con essa.
Quando, nel 1905, Agnelli assunse la carica di amministratore delegato, gli utili raggiungevano già i 4 milioni di lire; da quel momento fu un crescendo di iniziative che fecero della Fiat un caso unico nel panorama industriale italiano. Nel 1906 Agnelli dava vita alla RIV, la fabbrica di cuscinetti a sfere, che in breve tempo riuscì ad imporsi sul mercato mondiale, tanto che nel 1929 venne scelta dal governo dell'Unione Sovietica per l'impianto di un'analoga fabbrica a Mosca. Sempre nel 1906 Agnelli iniziava la costruzione di autobus e, assieme ad altri industriali, quali A. Abegg, L. Bonnefon Craponne, C. Florio, fondava la Lega Industriale, poi Unione Industriale, prima in Italia, dalla quale sarebbe gemmata la Confindustria.
Nel 1908 Agnelli iniziava la costruzione di motori d'aviazione, e nel 1909 fondava la "Grandi Motori", per la costruzione di apparati Diesel industriali e marini. La guerra di Libia gli diede occasione, nel 1911, di costruire i primi autocarri di uso militare, i 15ter, cui sarebbero seguiti i 18BL, che avrebbero trovato largo impiego nella prima guerra mondiale. Nel 1917, in pieno conflitto decideva di incorporare le Ferriere Piemontesi e le Industrie Metallurgiche, e sempre nello stesso anno, dava inizio alla costruzione del nuovo stabilimento del Lingotto.
Nel 1920, lasciata la carica di amministratore delegato all'ingegnere G. Fornaca, assumeva quella di presidente. Agnelli che già nel 1907 era stato insignito dell'onorificenza di cavaliere al merito del lavoro, il 1° marzo 1923 veniva nominato senatore del Regno. Convinto della necessità di diversificare l'attività, nel 1927 aveva dato vita all'Istituto Finanziario Industriale (IFI), una holding raggruppante decine di società finanziarie ed industriali, accentrando nelle proprie mani un numero sempre maggiore di cariche di grande importanza: presidente della Vetrocoke, consigliere della SIP, della STIPEL, dei Cantieri Riuniti dell'Adriatico, del Credito Italiano, ecc.
Fu inoltre promotore di numerose iniziative di carattere sociale in favore dei dipendenti e dei loro familiari: dopolavoro, case di riposo, sanatori, colonie marine e montane. Insignito nel 1937 della laurea in ingegneria h.c. dal Politecnico di Torino, avrebbe guidato la Fiat sino alla fine del secondo conflitto mondiale, quando sarebbe stato messo in disparte, nel convulso periodo susseguente alla liberazione. Non sarebbe più rientrato in azienda. Agnelli moriva infatti a Torino il 16 dicembre 1945.