Llorente a spanyol labdarúgó-bajnokságban szereplő Athletic Bilbao színeiben lett ismert futballista, két Spanyol Kupa-döntőt és egy Európa-liga-döntőt is játszott a baszk együttessel. 2005-től 2013-ig erősítette a Bilbaót, melyben több mint 200 meccsen lépett pályára. Ezt követően a Juventus szerződtette őt, az Öreg Hölgynél három bajnoki címet nyert és a BL-fináléját is megnyerte. A torinói kaland után 2015-ben visszatért Spanyolországba, a Sevillával két elveszített nemzetközi kupadöntő után megnyerte az El-t, majd a Premier League-ben is kipróbálta magát.
A 2016/17-es idényben a Swansea-ban, majd 2017-től 2019-ig a Tottenhamben futballozott – utóbbival utolsó szezonjában ismét eljutott a Bajnokok Ligája fináléjába, ráadásul a Spurs akkori BL-menetelésében kulcsszerepe volt, ugyanis a Manchester City elleni negyeddöntő visszavágóján az ő góljával biztosította be a legjobb négy közé jutást a londoni gárda.
Fernando Llorente has announced his retirement from professional football.
What a role he played in our Champions League journey 👏
— The Spurs Web (@thespursweb) February 16, 2023
Ezután újfent Olaszország felé vette az irányt, ahol a Napolival Olasz Kupát nyert, majd az Udineseben is megfordult és végül az Eibarben zárta le pályafutását. A spanyol válogatottban 24 alkalommal szerepelt, összesen 7 gólt szerzett és tagja volt a 2010-ben világbajnok és 2012-ben Európa-bajnok csapatnak is.