Gianluca Brambilla (né le 22 août 1987 à Bellano, dans la province de Lecco, en Lombardie) est un coureur cycliste italien. Professionnel de 2010 à 2025, il est membre de l'équipe Trek-Segafredo de 2018 à 2022.
Gianluca Brambilla devient cycliste professionnel en 2010 au sein de l'équipe Colnago-CSF Inox. Il y reste jusqu'en 2012.
En 2012, il signe un contrat de trois ans avec Omega Pharma-Quick Step.
En 2013, il n'obtient aucun résultat significatif et notamment sur le Giro où il déçoit.
En 2014, il se montre plus présent en début de saison et participe au Giro 2014 pour aider Rigoberto Urán à le remporter. Lors de la Vuelta, alors qu'il fait partie de l'échappée lors de la seizième étape, il est impliqué dans une altercation avec Ivan Rovny pendant que les deux coureurs sont sur le vélo. Le jury des commissaires exclut les deux coureurs durant la suite de l'étape.
Brambilla subit une fracture de la clavicule gauche après une chute au cours de Liège-Bastogne-Liège 2015.
Il effectue sa meilleure saison en 2016 en terminant 3e des Strade Bianche et en remportant une étape du Tour d'Italie, où il porte le maillot rose, et une du Tour d'Espagne.
Le coureur italien annonce l’arrêt de sa carrière de cycliste professionnel à la fin de la saison 2025.
En 2026, il devient directeur sportif de l’équipe Pinarello-Q36.5.
Palmarès et classements mondiaux
3e de la Schio-Ossario del Pasubio
3e étape du Tour de Vénétie et des Dolomites
2e de la Coppa Fiera di Mercatale
2e du Gran Premio Ezio Del Rosso
2e de la Coppa Città di San Daniele
Classement général du Tour du Frioul-Vénétie julienne
2e de la Coppa Fiera di Mercatale
2e du Trofeo Gianfranco Bianchin