Su debut como compositor de ópera tuvo lugar en Venecia con "Mandane" (1736), y durante pocos años después estuvo activo en Italia del norte, produciendo por lo menos siete óperas en Venecia, Milán y Padua. En 1745 se unió a la compañía de Filippo Nicolini (Teatro dell'Opera Pantomima); con ella recorrió Europa central y del  norte durante los siguientes cuatro años. Se produjeron tres intermezzos suyos en Praga en 1748.

El año siguiente dejó la compañía en Brunswick, donde su ópera "L'olimpiade" fue producida exitosamente. Fue seguida en 1750 por "Demofoonte", y en 1754 Fiorillo fue nombrado allí director de orquesta de la corte. En los siguientes ocho años escribió por lo menos seis óperas italianas  para Brunswick, todas con libretos de Pietro Metastasio, así como un poco de música de iglesia.

En 1762  Fiorillo fue contratado por Federico II, Landgrave de Hesse-Cassel en su corte en Kassel. Allí produjo sólo cuatro nuevas óperas pero continuó componiendo obras para acontecimientos de la iglesia, de las cuales su "Requiem" fue especialmente admirado. En 1780 fue pensionado y se retiró a Fritzlar.

De las dieciocho o más óperas e intermezzos de Fiorillo menos de un tercio han sobrevivido; mucha de su música de iglesia, incluyendo el "Requiem", también ha desaparecido. Se decía que su estilo era imitativo de Johann Adolph Hasse. Fue el padre del compositor clásico Federigo Fiorillo.