Er ist der Neffe von Angel Nieto, einer der großen Namen im spanischen Grand Prix Sport. 'Fonsi' war von klein an mit dem Rennsport verbunden. Er kam über Pocket-Bikes und einigen Erfolgen in dieser Serie auf die Weltbühne und stieg 1995 in die 125cc ein, wo er die Spanische Junioren Meisterschaft auf einer Honda NSR gewinnen konnte. 1998 wurde er 'Meister Spaniens' nach einer herausragenden Saison mit Aprilia in der 125 Kategorie. Im darauf folgenden Jahr wiederholte er seinen Erfolg auf einer 250cc Yamaha. Das Antena 3 Yamaha D'Antin Team zeigte sich beeindruckt und holte ihn 1999 in den Grand Prix Sport. Er wurde 23. in der 250cc-Klasse, 2000 verbesserte er sich auf Rang 14.

Seinen ersten Podestplatz erreichte Nieto in Valencia 2001 mit einer Aprilia 250 und auch im darauf folgenden Jahr steigerte er sich weiter. Mit neun Podestplätzen und vier Siegen wurde er Zweiter und verpasste den Titel gegen Marco Melandri. Doch er konnte seine Form nicht mit in die Saison 2003 nehmen, er holte nur einen Sieg und sechs Podestplätze und fiel damit auf Rang fünf in der Gesamtwertung zurück. Danach folgte seine letzte vollständige Saison in der WM, nur einmal schaffte es der Spanier auf das Podest.

Seither ist 'Fonsi' für ein einzelnes Rennen in der MotoGP an den Start gegangen, und wurde für Kawasaki Elfter in Frankreich 2007. Nach zwei Jahren kehrt er nun mit 31 in die Moto2 Klasse zurück, wo er für G22 Racing startet.