Pada 4 November 2007, Poli melakukan debutnya di Serie A bersama Sampdoria dalam kemenangan 3-0 tandang melawan Cagliari. Ia juga menjadi pemain cadangan dalam enam kesempatan lainnya pada musim 2007-2008. Poli juga menjadi bagian dari skuad Primavera yang memenangkan Campionato Nazionale Primavera.
Pada musim 2008-2009, Poli dipinjamkan ke klub Serie B, Sassuolo, untuk mendapatkan pengalaman. Di Sassuolo, ia tampil gemilang dengan membuat 33 penampilan antara Coppa Italia dan Serie B, mencetak lima gol dan memberikan tiga assist. Salah satu momen penting musim tersebut adalah saat ia mencetak kedua gol Sassuolo dalam kemenangan tandang 2-1 melawan U.S. Grosseto F.C. Selama musim tersebut, Poli juga menjadi bagian dari tim nasional Italia U-19, U-20, dan U-21.
Setelah kembali ke Sampdoria pada musim panas 2009, Poli menjadi pemain kunci dalam tim yang finis di peringkat keempat di liga. Ia tampil sebanyak 32 kali sebagai gelandang tengah playmaker dan mencatatkan tiga assist. Namun, pada musim berikutnya, Poli bermain lebih sedikit karena cedera dan penampilan yang kurang bagus bersama Sampdoria yang mengalami musim yang buruk. Tim tersebut tereliminasi dari kualifikasi UEFA Champions League oleh SV Werder Bremen, terhenti di babak grup Liga Europa, dan akhirnya terdegradasi dari Serie A.
Pada 29 Agustus 2011, Poli bergabung dengan Internazionale dengan status pinjaman selama satu musim, dengan opsi pembelian permanen oleh Inter pada tahun 2012. Setelah absen sebagian besar paruh pertama musim karena cedera, Poli tampil sangat baik pada paruh kedua musim dan membuat 21 penampilan untuk raksasa Italia tersebut. Poli mencetak gol pertamanya untuk Inter dalam pertandingan Coppa Italia melawan Genoa dalam kemenangan 2-1 pada 19 Januari 2012. Ia juga membuat debutnya di Liga Champions UEFA melawan Olympique de Marseille. Meskipun tampil bagus bersama Inter, klub tersebut tidak menggunakan opsi pembelian pada Poli, sehingga ia kembali ke Sampdoria.
Pada musim 2012-2013, Poli kembali bermain untuk Sampdoria yang sudah kembali ke Serie A setelah hanya satu musim di Serie B. Ia tampil sebanyak 32 kali pada musim tersebut dan mencetak tiga gol, yang merupakan rekor tertinggi dalam karirnya.
Pada 8 Juli 2013, Poli bergabung dengan AC Milan sebagai rekrutan ketiga mereka pada musim panas 2013 dengan biaya €3 juta dalam kesepakatan kepemilikan bersama. Poli tampil sebanyak 37 kali dalam semua kompetisi pada musim pertamanya bersama Rossoneri. Ia mencetak dua gol dan memberikan empat assist yang menjanjikan untuk awal karirnya di Milan. Pada 9 Juni 2014, Milan membelinya secara permanen.
Pada 1 Juli 2017, Poli secara permanen bergabung dengan Bologna dengan menandatangani kontrak selama empat tahun. Kontrak baru tersebut bernilai €800.000 neto per musim. Pada 15 Oktober, ia mencetak gol pertamanya untuk Bologna dalam kemenangan 2-1 melawan SPAL.
Pada 23 Juli 2021, Poli bergabung dengan klub Turki Süper Lig, Antalyaspor, dengan kontrak selama tiga tahun.
Pada 29 September 2022, Poli bergabung dengan Modena di Serie B untuk musim 2022-2023.
Pada 7 Februari 2024, Poli bergabung dengan klub Serie C, Pro Sesto.
Follow