Mattia Pasini rejoint le Championnat du Monde 125cc en 2004. Les trois années suivantes, l’Italien inscrit ses premiers succès et podiums, terminant chacune des saisons dans le top 5. En 2008, lequel rejoint ainsi la catégorie 250cc et triomphe dès la première épreuve à Losail. Le pilote du team Polaris World se classera finalement huitième du général et progressera de trois positions lors de la campagne 2009, qu’il dispute pour le compte de l’équipe Tóth. En 2010, ce dernier signe ensuite chez JiR, dont il se sépare après Assen. Mattia Pasini disputera alors deux wildcards, puis s’engage auprès de Ioda Racing Project pour 2011. En 2012, le transalpin reçoit la mission de mener le projet CRT de Speed Master en MotoGP™ mais des problèmes financiers l’obligent à abandonner après Aragón. De retour pour la finale de Valence au sein du team Moto2™ Forward Racing qui l’emploiera durant deux saisons, le natif de Rimini connaît des résultats mitigés au point de se retrouver sans guidon pour 2015. Il fera malgré tout deux apparitions au Mugello et Misano, avant d’être recruté par Italtrans avec qui il terminera au 11e rang. Mais en 2017, il se révèle véritablement au guidon de sa Kalex, en allant chercher pas moins de cinq pole positions, trois podiums et une victoire pour un total de dix Tops 5. Classé sixième du général, Mattia Pasini rempilera une troisième année avec la même structure, où il terminera neuvième du général. Après une saison 2019 compliquée marquée par de nombreux abandons, il perd son guidon en 2020. Entre 2020 et 2024, il est appelé occasionnellement en Moto2™ en tant que remplaçant ou wildcard et signe notamment une belle 10e place à Misano en 2023. En 2025, Fantic lui accorde une wildcard aux GP de République tchèque et d'Autriche.