W 2004 roku zdobył wakujące mistrzostwo WBC w wadze lekkopółśredniej, pokonując Gianlucę Branco. Tytuł obronił dwukrotnie. W 2005 roku utracił go po porażce z Floydem Mayweatherem. Bezskutecznie próbował go odzyskać rok później, przegrywając przez TKO z Carlosem Manuelem Baldomirem. W 2007 roku, po kolejnej porażce przed czasem z rąk Alfonso Gómeza, zakończył karierę.
Dan Rafael, krytyk pięściarstwa, powiedział o Gattim: „Było wielu bardziej utalentowanych pięściarzy, było wielu lepszych puncherów, było wielu pięściarzy bardziej utytułowanych, ale nikt nie miał większego serca do walki niż Arturo Gatti”.
Śmierć 11 lipca 2009 Gatti został znaleziony martwy w hotelu w Ipojuca (Brazylia), gdzie przebywał na wakacjach ze swoją żoną, Amandą Rodrigues, oraz ich dziesięciomiesięcznym synem. Początkowo brazylijska policja podejrzewała morderstwo, a głównym podejrzanym była żona boksera (para planowała separację). Ostatecznie orzeczono, że Gatti popełnił samobójstwo. Wyniki brazylijskiego śledztwa podważyły kanadyjskie władze, które prowadzą własne dochodzenie, z jego