Det var 30-åringens första triumf sedan en scenvinst på 2015 års Vuelta a Castilla y Leon och hans lags första stora turnéscen i två år.
Race ledare Tom Dumoulin, som förlorade tid efter en oväntad toalettstopp på tisdag, hade inga sådana problem igen och behöll en 31-sekunders övergripande ledning.
Storbritanniens Adam Yates var 30th och är 11: e totalt med fyra steg kvar.
Ta reda på hur du kommer in i cykling med vår speciella guide.
Rolland segrade från en 18-man grupp som bröt bort 7,8 km från slutet av 219 km scenen från Tirano till Canazei.
Dumoulin korsade mållinjen nästan åtta minuter bakom Rolland med huvudpelonten men behåller den rosa tröjan framför den colombianska rivalen Nairo Quintana.
1. Vad är det för fel på dig? Pierre Rolland (Fr/Cannondale) 5 timmar 42min 56sek
2 ) och 2......................................................................................................... Rui Costa (Por/UAE Team Emirates) +24seks
3. Vad är det som händer? Gorka Izagirre (Sp/Movistar) Samma tid
Fyra. Rory Sutherland (Aus/Movistar) Samma tid
För att uppnå detta mål har kommissionen beslutat att inleda ett förfarande enligt artikel 108.2 i fördraget om Europeiska unionens funktionssätt (nedan kallat EUF-fördraget). Matteo Busato (It/Wilier Triestina) Samma tid
6. Vad är det som händer? Dries Devenyns (Bel/Quick-Step) Samma tid
7. Vad är det som händer? Felix Grossschartner (Aut/CCC) Samma tid
8. Vad är det som händer? Omar Fraile (Sp/Dimensionsdata) Samma tid
9. Utövande av delegeringen av befogenhet Michael Woods (kan/kan/kanondale) Samma tid
- Tio. - Vad är det för fel på dig? Julien Berard (Fr/AG2R) Samma tid
1. Vad är det för fel på dig?  Tom Dumoulin (ned/sunweb) 76hrs 05mins 38seks
2 ) och 2.........................................................................................................  Nairo Quintana (Kol/Movistar) +31seks
3. Vad är det som händer?  Vincenzo Nibali (It/Bahrain) +1min 12seks
Fyra.  Tibaut Pinot (Fr/FDJ) +2mins 38seks
För att uppnå detta mål har kommissionen beslutat att inleda ett förfarande enligt artikel 108.2 i fördraget om Europeiska unionens funktionssätt (nedan kallat EUF-fördraget).  Ilnur Zakarin (Rus/Katusha) +2mins 40seks
6. Vad är det som händer?  Domenico Pozzavio (It/AG2R) +3mins 05seks
7. Vad är det som händer?  Bauke Mollema (Ned/Trek) +3mins 49seks
8. Vad är det som händer?  Bob Jungels (Lux/Quick-Step) +4mins 35seks
9. Utövande av delegeringen av befogenhet  Steven Kruijswijk ( Ned/LottoNL) +6mins 20seks
- Tio. - Vad är det för fel på dig? Jan Polanc (Slo/UAE Team Emirates) +6mins 33seks
Fransmannen Pierre Rolland avslutade två års väntan på seger genom att vinna den 17:e etappen av Giro d'Italia.