2 сентября 2012 года в матче с «Интернационале» Алессандро забил свой первый гол за «Рому». Следующие два своих гола он забил в матчах против «Болоньи». 16 сентября 2015 года в матче группового этапа Лиги Чемпионов УЕФА 2015/16 против испанской «Барселоны» забил гол в первом тайме по невероятной траектории, приблизительно с 45 метров, по диагонали. Его гол позволил удержать ничью в матче. Этот гол вошёл в тройку номинантов на премию Ференца Пушкаша в 2015 году. 26 октября 2016 года Алессандро во время матча с «Сассуоло» получил травму передней крестообразной связки, из-за которой игроку пришлось пропустить весь оставшийся сезон 2016/17. Лишь 16 сентября 2017 года во время матча с «Вероной», Флоренци вновь смог вернуться на поле. В сезоне 2019/20 Алессандро после ухода из клуба ветерана Даниэле Де Росси стал капитаном «джалоросси», однако в то же время при тренере Паулу Фонсеке перестал считаться игроком основы в родном клубе. 30 января 2020 года Алессандро перебрался в аренду со сроком на полгода в испанскую «Валенсию». 11 сентября 2020 стало известно, что французский «ПСЖ» арендовал Флоренци у «Ромы» с правом выкупа — арендное соглашение рассчитано до 30 июня 2021 года, парижский клуб заплатит за год аренды Флоренци 500 тысяч евро и сможет, при желании, выкупить контракт Флоренци за 9 млн. в той же валюте. 20 августа 2021 года Флоренци на правах годичной аренды перебрался в «Милан». «Милан» заплатил за аренду 1 млн. евро и получил право выкупить контракт футболиста за 4.5 млн. евро.