Il a été l'un des vétérans du circuit actuel en vitesse. Il a débuté sa carrière au Grand Prix d'Italie en 2001 en 125cc pour courir ensuite en 250cc, de 2003 à 2007, puis, depuis 2008, en MotoGP (24 victoires, 20 poles, 22 meilleurs tours et 103 podiums au total; 3 769 pts marqués). Champion du monde en 125cc en 2004 (5 victoires, 15 podiums, 3 meilleurs tours et 9 pole-positions dans cette catégorie). Vice-champion du monde en 250cc en 2006 et 2007 (3eme en 2005 ; 4 victoires, 26 podiums, 9 meilleurs tours et 4 pole-positions dans cette catégorie). Dans la catégorie reine du MotoGP, il compte 15 victoires (Grande Bretagne en 2009, Malaisie en 2016, Italie, Catalogne, Autriche, Grande Bretagne, Japon et Malaisie en 2017, Qatar, République Tchèque, Misano et Valence en 2018, Qatar et Autriche en 2019, Autriche en 2020) pour un total de 62 podiums, 7 pole-positions et 11 meilleurs tours (2eme du championnat du monde en 2017, 2018 et 2019, 3eme en 2011, 4eme en 2012 et 2020). Il a disputé 327 Grands Prix (49 en 125cc, 49 en 250cc et 229 en MotoGP). Il restera à jamais le premier pilote italien, vainqueur du GP d'Italie au guidon d'une Ducati (plus de 150 courses disputées avec la marque transalpine). Le 1er juin 2019, il a établi un nouveau record de vitesse en MotoGP sur le circuit de Mugello lors du GP d'Italie en atteignant 356,7 km/h (contre 356,6 km/h réalisé en 2018 également au GP d'Italie).