Le prime vittorie di Roberto Locatelli risalgono al 1993, anno in cui si proclamò Campione italino di Sport Production 125. L’anno successivo è giunto 12esimo nel Campionato d’Europa e l’Aprilia lo ha messo sotto contratto per la classe 250. Nel 1997 passa alla Honda nella classe 125 e due anni dopo l’Aprilia gli offre la possibilità di tornare con la marca italiana, con cui si proclama Campione del Mondo classe 125 nel 2000.

L’anno successivo tornato in 250, conclude la stagione all’ottavo posto. Nel 2002, di nuovo in sella ad Aprilia 250cc chiude ancora all’ottavo posto. Tornato all’ottavo di litro con la Red Bull KTM va a punti in quattro occasioni segnando un decimo posto come miglior risultato. Nel 2004 rimanendo in 125 entra nella scuderia Safilo Carrera di Lucio Cecchinello. Vince in Italia e Germania, salendo sul podio in altre 4 occasioni. Con questi risultati è di nuovo richiamato in 250 dove divide in box con Casey Stoner, sempre sotto le direttive di Cecchinello.

Nel 2006 è nuevamente in sella ad una Aprilia, questa volta con il Team Toth, in una stagione che lo vede chiudere come miglior pilota privato della categoria. Prima pole della carriera nel 2006 ad Estoril, e con il secondo posto a Valencia conquista la quinta piazza in classifica generale.

Nel 2007, Locatelli si mette al servizio della Metis Gilera, al fianco di Marco Simoncelli, ma la stagione si concluye rapidamente a causa di una caduta che lo toglie dalla scena mondiale per tutto l’anno. Nel 2008 torna in sella alla Gilera sempre al fianco di Simoncelli chiudendo la stagione con due quarti posti. Confermato al fianco del Campione del Mondo in carica anche per il 2009.< p>