Als Sohn des ehemaligen 250er-Fahrers Helmut Bradl startete Stefan 2006 in der 125er-Klasse in der Weltmeisterschaft. 2008 gelang ihm mit zwei Siegen und dem vierten Gesamtrang ein stattlicher Saisonerfolg. 2010 stieg er in die neue Moto2™-Kategorie ein und beendete das Jahr als Neunter in der Gesamtwertung, jedoch bereits mit einem beeindruckenden Sieg in Estoril in der Tasche. Bradl wurde beim Saisonfinale in Valencia als Moto2™-Weltmeister 2011 bestätigt und schlug Marc Marquez zum Titel. 2012 trat er dem LCR-Team bei und fuhr an Bord einer Honda, um sein erstes Abenteuer in der MotoGP™ -Klasse zu beginnen. Er sicherte sich nach einigen starken Leistungen den Titel "Rookie of the Year" und so startete Bradl im nächsten Jahr in Laguna Seca von der ersten Pole-Position seiner Karriere und landete sogar auf dem Podium. Seine Saison endete jedoch vorzeitig, nachdem er sich in Malaysia einen Knöchel gebrochen hatte. 2014 kehrte er nicht auf das Podium zurück und 2015 genoss er eine neue Herausforderung mit Forward Racing auf der Forward Yamaha. Bradl erlebte einen schwierigen Start in die Saison und schaffte es in den ersten neun Rennen nur zweimal in die Punkteränge. Nach neun Rennen wurde Bradl von seinem Vertrag bei Forward Racing entlassen und nahm eine neue Herausforderung an, indem er in der zweiten Saisonhälfte zum Factory Aprilia Racing Team Gresini wechselte. Bradl blieb auch 2016 bei Aprilia, da sie eine völlig neue Prototypmaschine einbrachten, aber ein P7 in Argentinien war sein bestes Ergebnis, wodurch der Deutsche seine letzte Vollzeit-MotoGP™ -Rennsaison auf dem 16. Platz beendete. Nach einem kurzen Einsatz in der World SBK kehrte Bradl als Ersatzfahrer für Franco Morbidelli bei seinem Heim-Grand-Prix auf dem Sachsenring in die MotoGP™ zurück. Es folgten zwei weitere Wildcard-Einsätze bei den GPs von Tschechien und San Marino für das HRC Honda-Team, bevor er in den letzten beiden Saisonrennen erneut für Verletzungsersatz sorgte, diesmal für Cal Crutchlow. 2019 übernahm er die Rolle des Testfahrers bei Honda und absolvierte im Laufe des Jahres vier Einsätze. Im Jahr 2020 musste er sich einer ganz neuen Herausforderung stellen, da er den verletzten amtierenden Weltmeister Marc Marquez nach dem Lauf in Jerez ersetzen musste. Der Deutsche beendete die Saison als 19. in der Gesamtwertung. Bradl setzte seine Ersatzfahrten während der Eröffnungsrunden des Jahres 2021 in Qatar fort, bevor er schließlich die Honda wieder an Marquez übergab. Er musste jedoch nicht lange auf einen weiteren Auftritt in der Königsklasse warten, da ihm in Jerez einen Wildcard-Auftritt zugesprochen wurde und es war nicht das letzte Mal, dass wir Bradl in der 2021er Startaufstellung sahen, denn er beendete das Jahr schließlich damit, dass er erneut Marquez in Portimao vertrat. Auch im Jahr 2022 bleibt er HRC-Testfahrer und ersetzt in Argentinien erneut den verletzten Marquez, der nach einem Diplopie- Rückfall eine Zwangspause einlegen muss. Nach der Bekanntgabe von Márquez' neuer Operation am rechten Arm nach dem GP von Italien kehrte Bradl zurück, um Marc Catalunya-GP bis zum Misano-GP erneut zu ersetzen. In der Saison 2023 verlängerte der Bayer sein Engagement als HRC-Testfahrer, jedoch bekam er bald eine weitere Chance auf Renneinsätze. Denn da sich Márquez beim Saisonauftakt in Portimao eine Handverletzung zugezogen hatte, ersetzte Bradl den Spanier beim Amerika-GP.