Fils d’un pilote de motocross, Diogo Moreira s’essaie d’abord à cette discipline avant de se tourner vers la vitesse. En 2017, le jeune Brésilien déménage en Espagne et intègre deux ans plus tard l’European Talent Cup. Il y décrochera une victoire et deux autres podiums, pour terminer sixième de cette campagne. En 2020, il s’attaque ensuite au Championnat du Monde Junior Moto3. Une cinquième place inscrite à Jerez constituera son meilleur résultat. 11e, il ne fait toutefois pas mieux la saison suivante, malgré un Top 3 décroché à Valence. En Red Bull MotoGP Rookies Cup, le natif de São Paulo se montre en revanche brillant, puisqu’il se hissera parmi les trois premiers à quatre reprises et conclura l’année au sixième rang. 2022 marquera ses grands débuts en mondial Moto3™ chez MT Helmets – MSI. Et quels débuts ! Le Brésilien va régulièrement se montrer aux avant-postes et même signer sa première pole position à Silverstone. Huitième du général avec en point d'orgue une cinquième place en Malaisie, le n°10 est très attendu en 2023. Monté sur le podium lors des deux premières manches de l'année, le Brésilien assume son statut de candidat au titre. Toutefois, ce type de résultat va devenir de plus en plus rare pour lui au fil de la saison, puisque le jeune homme ne signera que trois tops 3 au cours de l'année, avec tout de même une superbe victoire en Indonésie, la première de sa carrière en Grand Prix. Séduit par le profil du natif de São Paulo, le team Italtrans Racing Team lui offre une place en Moto2™ pour 2024. Peu régulier en première partie de saison, Diogo Moreira termine l'année en trombe avec des top 5 mais surtout son premier podium en Moto2™, décroché au Grand Prix de la solidarité. 14e du général et meilleur rookie, le jeune homme de 20 ans est à surveiller en 2025, et pour cause. Après un début de saison mitigé, le Brésilien accuse plus de 60 points de retard sur le leader ùais il effectue une remontée exceptionnelle et s'offre le titre de Champion du Monde à Valence. En 2026, il fait ses débuts dans la catégorie reine chez Castrol Honda LCR aux côtés de Johann Zarco.