Tetsuta Nagashima se fait une réputation au Japon en terminant deuxième du J-GP3, en 2012 puis sixième du J-GP2 en 2013 sur une TSR. Il fait d’ailleurs ses débuts en Grand Prix sur cette même moto, à Motegi avec le team JiR . Rappelé par cette même équipe suite au désistement de Kohta Nozane, Tetsuta Nagashima court alors à plein temps en Moto2™ lors de la campagne 2014. Le Japonais disputera ensuite deux wildcards en 2016, parallèlement à sa participation au FIM CEV Repsol. Auteur de sa toute première victoire à Valence, ce dernier se classera finalement deuxième de la catégorie Moto2™. Le pilote nippon réintègre ainsi le mondial Moto2™ à compter de 2017 et s’invite dans les points à trois reprises. Soutenu par l’Idemitsu Honda Team Asia en 2018, Tetsuta Nagashima ira jusqu’à rafler une huitième place à Buriram. 2019 marque un léger mieux avec le clan SAG qu’il retrouve. Deux fois cinquième et auteur d’une pole en Autriche, il accuse toutefois cinq abandons ; raison pour laquelle il ne termine que 14e. En 2020, le Japionais signe chez Red Bull KTM Ajo et commence la saison dans une forme éblouissante avec une victoire au Qatar et un podium à Jerez mais connaît une baisse de performance et se retrouve sans guidon pour 2021, année durant laquelle il participera à 3 Grands Prix (Austin, Algarve et Valence) en tant que remplaçant. Devenu pilote test Honda, il participé aux 8 Heures de Suzuka en 2022, jouant un rôle clé dans la première victoire de la marque depuis 2014. La récompense sera double puisqu'il obtient une wildcard en MotoGP™ pour son GP national à Motegi.