Gregorio Paltrinieri (Carpi, 5 september 1994) is een Italiaanse zwemmer. Hij vertegenwoordigde zijn vaderland tweemaal op rij bij de Olympische Zomerspelen: in 2012 (Londen) en 2016 (Rio de Janeiro). Bij dat laatste toernooi won hij de gouden medaille op de 1500 meter vrije slag.
Bij zijn internationale debuut, op de wereldkampioenschappen 2011 in Shanghai, werd Paltrinieri uitgeschakeld in de series van de 1500 meter vrije slag.
Op de Europese kampioenschappen zwemmen 2012 in Debrecen veroverde de Italiaan de Europese titel op de 1500 meter vrije slag, op de 800 meter vrije slag behaalde hij de zilveren medaille. Tijdens de Olympische Zomerspelen van 2012 in Londen eindigde Paltrinieri als vijfde op de 1500 meter vrije slag. In Chartres nam de Italiaan deel aan de Europese kampioenschappen kortebaanzwemmen 2012. Op dit toernooi werd hij Europees kampioen op de 1500 meter vrije slag. Op de wereldkampioenschappen kortebaanzwemmen 2012 in Istanboel sleepte Paltrinieri de zilveren medaille in de wacht op de 1500 meter vrije slag.