Jako dítě se Fannemel věnoval hlavně biatlonu . Od roku 2004 se však soustředil na trénink skoků na lyžích ve svém domovském klubu v Hornindalu . Fannemel odehrál svou první soutěž ve skokech na lyžích ve FIS Cupu 8. září 2007 ve Falunu . Poté následovaly další soutěže o pohár FIS a kontinentální pohár . První vítězství dosáhl 12. října 2008 ve FIS Cupu. Na kopci ve švýcarském Einsiedelnu zvítězil před Klemensem Murańkou a Pascalem Bodmerem . Jeho první vítězství v kontinentálním poháru bylo 23. srpna 2009 v Lysgårdsbakken v Lillehammeru před Erikem Simonem . 4. a 5. prosince 2009 absolvoval své první dvě vystoupení ve Světovém poháru na stejném kopci . Fannemel dokončil první soutěž na 37. místě. V soutěži, která následovala, zvládl druhý nejdelší skok ve druhém kole s 135,5 metry. S 10. místem získal své první body Světového poháru.
Na mistrovství světa juniorů 2011 v estonském Otepää skončil čtvrtý v jednotlivcích a třetí s týmem. Na norských šampionátech na velkém kopci v Trondheimu v únoru 2012 se poprvé dostal na stupně vítězů třetím místem. 11. února 2012 vyhrál s norským týmem úvodní soutěž FIS Team Tour na Mühlenkopfschanze ve Willingenu a dosáhl tak svého prvního vítězství ve Světovém poháru. Na norských letních šampionátech 2012 v Oslu získal svůj první národní titul. 25. listopadu 2012 v Lillehammeru - kde již před třemi lety získal své první body Světového poháru - dosáhl svého prvního pódiového umístění ve Světovém poháru na druhém místě.
V únoru 2014, Fannemel zúčastnilo na zimních olympijských hrách poprvé v Soči . Na běžném kopci mu patřilo 15. místo a na velkém kopci páté místo. S norským týmem skončil šestý. Svého prvního vítězství na mistrovství světa dosáhl 13. prosince 2014 v Nižním Tagilu a díky dalším dvěma pódiovým umístěním se stal celkovým lídrem turnaje Four Hills . Druhé vítězství Světového poháru následovalo 8. února 2015 v Titisee-Neustadt . 15. února 2015 Fannemel zlepšil světový rekord v létání na lyžích Petera Prevca o 1,5 metru a byl držitelem světového rekordu v létání na lyžích s 251,5 metry až do 18. března 2017, kdy ho nahradil Robert Johansson . Na mistrovství světa v severském lyžování ve Falunu v roce 2015 obsadil deváté místo na normálním kopci a sedmé místo na velkém kopci v soutěžích jednotlivců. V soutěži týmů získal titul mistra světa společně s Andersem Bardalem , Anders Jacobsenem a Rune Veltou před týmy z Rakouska a Polska. V sezóně 2014/15 dosáhl celkem sedmi samostatných umístění na stupních vítězů ve Světovém poháru a 1161 bodů, přičemž poprvé v celkovém světovém poháru skončil čtvrtý v první desítce.
Na mistrovství světa v lyžování 2016 v Kulmu skončil sedmý v soutěži jednotlivců a v soutěži týmů získal zlatou medaili společně s Johann André Forfang , Daniel-André Tande a Kenneth Gangnes . Dne 31. ledna 2016 dosáhl svého třetího individuálního vítězství ve Světovém poháru v Sapporu . V létě 2016 velmi úspěšně naskočil na Grand Prix . 22. července vyhrál s norským týmem svou první soutěž Grand Prix. První vítězství v soutěži jednotlivců následovalo v Hakubě 27. srpna . Celkově v jednotlivých soutěžích vyskočil třikrát na stupně vítězů a skončil na sedmém místě v celkovém pořadí s 260 body. To byl jeho nejlepší výsledek do té doby. Na mistrovství světa v klasickém lyžování v Lahti v roce 2017 skončil na pátém místě v soutěži jednotlivců na velkém kopci poté, co nebyl použit na běžném kopci. V soutěži týmů získal stříbrnou medaili za Polskem společně s Johann André Forfang, Daniel-André Tande a Andreas Stjernen .
Dne 16. prosince 2017 dosáhl svého čtvrtého vítězství jednotlivců na Světovém poháru ve skákání v Engelbergu . S prvními skoky 133,0 metru, které mu poskytly náskok osmi bodů před Kobayashim, který byl v té době druhým, a 127,5 metru ve druhém kole, nakonec porazil druhého Němce Richarda Freitaga s 253,6 na 253, 5 bodů asi o 5 centimetrů a tedy nejmenší možný náskok. Na turnaji Four Hills Tournament 2017/18 dokázal přesvědčit dvěma pódiovými umístěními jako třetí v Garmisch-Partenkirchenu a druhý v Bischofshofenu . Byl také sedmý v Oberstdorfu a 16. v Innsbrucku . Výsledkem je, že poprvé přistál na pódiu v celkovém stánku turné. Byl třetí za Kamilem Stochem a Andreasem Wellingerem. Na zimních olympijských hrách 2018 v Pchjongčchangu byl součástí pětičlenného norského týmu. Nebylo však použito v žádné ze tří soutěží.
18. července 2019 se Fannemel vážně zranil během tréninkového seskoku ve Wisle, když nemohl vydržet skok ve výšce 140 metrů od Adam-Małysz-Schanze , který má velikost kopce 134 metrů. V Norsku bylo diagnostikováno zranění zkříženého vazu a menisku, které mu znemožnilo účast v sezóně 2019/20. Kvůli přetrvávajícím silným bolestem kolena se Fannemel nevrátil na kopec ani v létě 2020, a proto již nevyloučil předčasný odchod do důchodu. Na začátku února 2021 se konečně vrátil na kopec a absolvoval své první tréninkové seskoky od léta 2019.
Soukromé
Fannemel má tři sourozence. Jeho dvojče Einar a jeho starší sestra Eline jsou oba biatlonisté, Rasmus, který je o dva roky starší, sportu nečiní. Fannemel má také dva bratrance, kteří jsou také skokani na lyžích, Lorentz a Brede.
Norsko
Nižnij Tagil
Titisee-Neustadt
Sapporo
Engelberg
Lahti
Zakopane
Planica