Domenici szülővárosában Toulonban ismerkedett meg a játékkal, majd lett profi sportoló a helyi csapatban, ahonnan 1997-ben igazolt a Stade Francais nevű párizsi csapathoz. A fővárosi klubban töltött 11 szezonja alatt ötször nyert bajnoki címet, 2001-ben és 2005-ben pedig bejutott a csapattal a legrangosabb európai kupasorozat, a Heineken-kupa döntőjébe is.
A francia válogatottban 1998 és 2007 között 65 alkalommal lépett pályára, összesen 125 pontot szerezve. Az 1999-es világbajnokságon lett a válogatott egyik vezéregyinésge, a franciák egyebek között az ő nagyszerű játékának is köszönhetően jutottak be 1987 után második alkalommal a torna döntőjébe. Az elődöntőben egy hatpontos góllal (try) segítette a csapatát a jóval esélyesebbnek tartott Új-Zéland elleni 43-31-es győzelemhez.
Visszavonulása után egy szezonon át a Stade Francais védelmének edzője volt.