Fognini comenzó su temporada 2015 en la Copa Hopman.
, junto con Flavia Pennetta. Italia no pudo llegar a la final, terminando en la parte inferior de su grupo. La semana siguiente, jugó en el Apia International Sydney como el mejor sembrado, pero tuvo la mala suerte de sacar al campeón defensor Juan Martín del Potro, que regresaba de una lesión de once meses, en su primer partido. Perdió en tres sets. Fognini ganó su primer Grand Slam en el Abierto de Australia de 2015 junto a Simone Bolelli, con una victoria en sets consecutivos sobre Pierre-Hugues Herbert y Nicolas Mahut en la final. Derrotó a Rafael Nadal en las semifinales del Abierto de Río antes de perder en la final ante David Ferrer. En abril, derrotó a Rafael Nadal nuevamente en la tercera ronda del Abierto de Barcelona, pero nuevamente perdió en la siguiente ronda ante Pablo Andujar. En mayo, después de derrotar a Steve Johnson y Grigor Dimitrov, perdió ante Tomáš Berdych en la tercera ronda del Masters de Roma. En el Abierto de Estados Unidos, Fognini venció a Steve Johnson y Pablo Cuevas para avanzar a la tercera ronda, donde causó un gran trastorno, venciendo a Rafael Nadal en cinco sets, proveniente de dos sets y un descanso de servicio en el tercer y cuarto sets. En ese partido, Nadal ganó los dos primeros sets, y previamente había sido de 151 a 0 en partidos de Grand Slam en los que lideró dos sets a ninguno. Con 70 ganadores, Fognini terminó derrotando a Nadal en cinco sets. Posteriormente perdió su partido de cuarta ronda contra Feliciano López.