Începe să se facă remarcat în categoriile Minimoto și MiniGP, dintre care devine campion european în 2009. În 2010, el concurează în campionatul mediteranean 125 PreGP, terminând pe locul doi. În 2011 și 2012 a participat la campionatul spaniol de viteză , terminând pe locul trei pe locul final, mai întâi în clasa 125 și apoi în clasa Moto3 și obținând o victorie în cursă în fiecare sezon. [1][2]
A debutat în campionatul mondial în 2013 în Moto3 cu FTR M313 al San Carlo Team Italia, având ca coechipier pe Romano Fenati . În sezonul său de debut, nu înscrie niciun punct. În 2014 s-a alăturat nou-născutului SKY Racing Team VR46 , conducând un KTM RC 250 GP , din nou cu Fenati ca coechipier. În primul mare premiu al sezonului în Qatar, el reușește să obțină primele puncte în clasamentul campionatului mondial. Cel mai bun rezultat al său este un al patrulea loc în Franța și încheie sezonul pe locul 16 cu 50 de puncte. În acest sezon este obligat să rateze Marele Premiu al Olandei și Germaniei , din cauza fracturii razei stângi, remediată în încălzirea Marelui Premiu al Olandei.
În 2016 rămâne în aceeași echipă, cu coechipierul în continuare Jorge Martín. Sezonul se deschide cu un al treilea loc în Qatar. [3] Se repetă la Jerez, cursă în care el este protagonistul unei bătălii cu Jorge Navarro și Nicolò Bulega . [4] Înapoi pe a treia treaptă a podiumului la Mugello, unde Niccolò Antonelli depășește finisajul foto. [5] El câștigă prima sa cursă la Assen pe 26 iunie 2016, înaintea lui Fabio Di Giannantonio și Andrea Migno . El vine pe locul doi în Marea Britanie , după ce a început din pole position. De asemenea, câștigă Marele Premiu al Malaeziei . El închide sezonul pe locul patru în clasamentul piloților, cu 145 de puncte în favoarea sa.
Pe 21 februarie 2018, el a anunțat semnarea cu echipa Pramac Racing în MotoGP pentru perioada de doi ani 2019 - 2020 .
În 2018 rămâne în aceeași echipă, alături de coechipierul Luca Marini . Obține o victorie în Qatar și se repetă în Texas. [6] Vine pe locul trei în Spania. În Franța și Olanda câștigă după ce a început din pole position. În Republica Cehă este pe locul trei. În Austria câștigă după ce a început din pole position. În Marea Britanie a obținut pole position, dar cursa a fost anulată deoarece asfaltul nu drena ploaia. În Marele Premiu San Marino câștigă după ce a început din pole position. În Aragon vine pe locul doi. El câștigă în Thailanda , obținând astfel, datorită și locului doi al lui Luca Marini, prima dublă victorie în cursa pentru SKY Racing Team VR46 . Mai mult, în această circumstanță, Bagnaia a obținut a 800-a victorie pentru un pilot italian în Campionatul Mondial . [7] Câștigă în Japonia după ce a început din pole position. În Malaezia a terminat pe locul trei la linia de sosire, o poziție care i-a permis să câștige primul său campionat mondial cu o singură cursă. [8] Încheie sezonul cu 306 de puncte de campionat.
În 2019 , primul său an la Ducati al echipei Pramac Racing, colectează o serie de pensionări. Cu toate acestea, în Marele Premiu al Australiei a terminat al patrulea începând din poziția a cincisprezecea pe grilă. El închide sezonul pe locul 15 cu 54 de puncte. În acest sezon, el este obligat să rateze Marele Premiu al Comunității Valenciene din cauza fracturii încheieturii mâinii stângi remediate în cadrul antrenamentelor libere pentru GP.
În 2020 rămâne în aceeași echipă. În acest sezon este obligat să rateze Marele Premiu al Republicii Cehe, Austria și Stiria din cauza fracturii tibiei drepte remediate în cadrul antrenamentelor libere ale GP-ului de la Brno. [9] La 13 septembrie a obținut primul său podium în MotoGP la circuitul Misano, terminând cursa pe locul doi. El încheie sezonul pe locul 16 cu 47 de puncte. [10]
În 2021 s-a alăturat echipei oficiale Ducati. Cu ocazia primului mare premiu al sezonului în Qatar, a câștigat prima sa pole position în categoria superioară; încheie cursa pe locul trei. Vine pe locul doi în Portugalia , Spania și Austria.