Баскетбольная карьера Датоме началась на Сардинии, в клубе «Санта-Кроче» из города Ольбия[1].
В 2003 году он перешёл в один из сильнейших итальянских клубов, «Монтепаски» из Сиены. С ним он в 2004 году стал чемпионом Италии и тогда же дебютировал в Евролиге. Однако закрепиться в основном составе Датоме не сумел и в сезоне 2006/2007 перешёл в клуб «Скафати», где отыграл полтора года. По итогам сезона 2007/2008 «Скафати» занял 18-е место и покинул Серию A.
Летом 2008 года перешёл в римский «Виртус». Там он стремительно прогрессировал, в сезоне 2008/2009 получив звание лучшего молодого игрока Серии A.
В сезоне 2012/2013 был признан самым ценным игроком чемпионата Италии. В среднем за игру он набирал 16,4 очка и делал 5,6 подборов[2].
16 июля 2013 года подписал двухлетний контракт на сумму 3,5 млн долларов с клубом НБА «Детройт Пистонс»[3][4].
19 февраля 2015 года вместе с Йонасом Йеребко был обменян в «Бостон Селтикс» на Тэйшона Принса[6]. В последней игре регулярного сезона 2014/2015, в которой «Селтикс» обыграли «Милуоки Бакс», впервые появился на площадке НБА в стартовой пятёрке и установил личный рекорд результативности, набрав 22 очка. В том же сезоне принял участие в трёх матчах плей-офф НБА[7].
14 июля 2015 года Датоме, ставший свободным агентом, подписал двухлетний контракт с турецким клубом «Фенербахче»[8].
5 июля 2017 года подписал трёхлетний контракт с «Фенербахче»[9].
2 июля 2019 года подписал ещё одно продление контракта с турецким клубом до сезона 2021/2022.
30 июня 2020 года Датоме и «Фенербахче» расстались после пяти сезонов.
30 июня 2020 года подписал контракт с «Олимпия Милан» из баскетбольной Серии А (ЛБА)[10].
7 июля 2023 года Датоме объявил о завершении карьеры после чемпионата мира-2023[11].
Международная карьера
Выступал за молодёжные и юношеские сборные Италии с 2003 года. Дебютировал в команде юношей до 16 лет, затем играл за сборные до 18 и до 20 лет. Он участвовал в чемпионате Европы среди юношей до 16 лет в 2003 году, в чемпионате Европы среди юношей до 18 лет в 2004 и 2005 годах, став бронзовым призёром последнего чемпионата. Также он представлял Италию в составе сборной до 20 лет на чемпионате Европы 2006 года[8].