Kallio démarre sa carrière en Finlande et s'illustre aussi bien en 125cc qu'en 'ice bike'. Il fait sa première apparition dans le Championnat du Monde en 2001, en wildcard, avant de rejoindre Ajo Motorsport en 2002 et de s’emparer du titre de Rookie of the Year avec la onzième place du classement général. Vice-Champion du Monde 125cc en 2005 et 2006, il passe en 250cc en 2007 et termine troisième de la saison 2008, un résultat qui lui vaut un guidon en MotoGP chez Pramac pour la saison 2009. Le Finlandais s’offre le titre de Rookie of the Year sur la Ducati Desmosedici GP9 et a l'opportunité de faire trois courses chez Ducati, en tant que remplaçant de Casey Stoner. Sa saison 2010 s’avère cependant beaucoup plus compliquée et Kallio se retrouve sans autre choix que de passer en Moto2 pour la saison 2011. Après un début de saison difficile, le Finlandais renoue avec la compétitivité en fin d'année et prend la seconde place de la dernière course, à Valence. Il continue avec Marc VDS Racing en 2012 et décroche un podium pour finir sixième du Championnat. Kallio continue sur la Kalex de Marc VDS Racing en 2013 et décroche sa première victoire à Brno pour finir la saison en quatrième position. Il accueille Esteve Rabat à ses côtés pour la saison 2014 et se bat avec l'Espagnol pour le titre mondial pendant presque toute la saison mais finit par s'incliner avec un total de dix podiums et trois victoires. Il visera à nouveau le titre mondial en 2015 mais défendra cette fois-ci les couleurs de l'Itatrans Racing Team. Passés tout près du podium à Termas de Rio Hondo, Kallio et Italtrans se séparent finalement avant le GP d’Aragón. Le Finlandais rejoint alors le team QMMF Racing où il évolue sur une Speed Up. Classé quinzième du général, ce dernier décide ensuite de rejoindre le projet KTM en tant que pilote d’essais et sera le premier à disputer une course au guidon de la RC16 en wildcard, à Valence.