21 Şubat 2010 tarihinde AS Roma kulübünden yapılan resmî açıklamayla Claudio Ranieri'den boşalan teknik direktörlük pozisyonuna getirilmiştir. 9 Haziran 2011'de ise Calcio Catania'nın teknik direktörü oldu. 2012'de ise Prandelli'nin İtalya millî futbol takımının başına getirilmesinin ardından Fiorentina'nın başına getirildi.
Fiorentina ile birlikte 3 sezon üst üste ilk 4'e girmeyi başardı ve UEFA Avrupa Liginde(2014-15) yarı finale çıktı. 10 Nisan 2019'da Montella, Stefano Pioli'nin istifasının ardından tekrar Fiorentina'ya döndü. 8-9 aylık bu süreç tekrar son buldu.
28 Haziran 2016'da Milanın başına getirildi. Milandan sonra 28 Aralık 2017 yılında Sevilla'ya teknik adam olan Montella, Sevilla ile Kral Kupası finali ve Sevilla kulüp tarihinde ilk kez Şampiyonlar Ligi çeyrek finaline Manchester United'ı yenerek yükseldi.
31 Ağustos 2021 tarihinde, Montella Adana Demirspor’un Teknik Direktörü görevini devraldı.