Stefano Valtulini entame son ascension vers les Grands Prix en 2008 lorsqu’il court dans le Championnat Minimoto d’Italie. Il progresse en MiniGP puis rejoint la Red Bull Rookies Cup en 2011 pour en prendre la onzième place. Il finit troisième du CIV Moto3 en 2012 et fait ses débuts en Grand Prix en wildcard, à Misano, où il finit 24e. Plusieurs blessures et soucis techniques freinent ensuite sa progression mais Valtulini peut néanmoins rejoindre le FIM CEV Repsol Moto3 en 2015 avec la SIC58 Squadra Corse. Il prend la huitième place du classement général et monte sur le podium en Aragón puis signe ensuite avec le MTA Team Italia pour disputer son premier Championnat du Monde Moto3™ en 2016.