Setelah dua musim bersama Sky VR46 Junior Team di FIM CEV Repsol Moto3™ Junior World Championship, Celestino Vietti lakoni debut penuh waktu di Kejuaraan Dunia Moto3™ 2019 bersama Sky Racing Team VR46. Vietti telah menjadi bagian dari VR46 Riders Academy sejak 2015. Ia berhasil cetak sejumlah poin di CEV 2017, dan menjalani musim terbaiknya dengan raih podium pertama pada 2018. Di penghujung tahun ini, Vietti mendapat panggilan untuk balapan di Moto3™ sebagai pengganti Nicolo Bulega yang cedera. Ia tampil mengesankan dalam balapan pertamanya dengan finis dalam zona poin di Motegi. Bahkan pada putaran berikutnya di Phillip Island, Vietti berhasil mengklaim podium ketiga. Pada tahun perdananya di Moto3™, pembalap muda Italia itu menampilkan performa yang mengesankan. Tiga podium dikemasnya, yakni di Jerez, Catalunya serta Motegi. Raihan apik ini pun mengantarkannya untuk dinobatkan sebagai Rookie of The Year. Kemudian musim 2020, Vietti mencetak kemenangan perdana di Grand Prix Styria. Kemenangan kembali dicetaknya saat Moto3 menyambangi Le Mans. Namun, ia tak dapat menjaga konsistensi jelang berakhirnya Kejuaraan. Vietti merampungkan musim dengan menghuni peringkat kelima klasemen akhir. Musim 2021, Vietti tetap menjadi bagian dari VR46 Riders Academy. Tetapi kali ini, ia berkompetisi dalam kategori intermediate. Pada tahun di mana para pendatang baru mendominasi berita utama, Vietti sering kali masuk radar. Mendekati akhir tahun, ia tiga kali secara beruntun finis enam besar. Performa bagusnya ini dibawa Vietti untuk menghadapi Moto2™ 2022. Tiga podium, termasuk dua kemenangan berhasil dikemasnya. Ia lalu merebut podium tertinggi lagi di GP Catalunya. Vietti pun digadang-gadang sebagai penantang gelar. Namun, paruh kedua musimnya diganggu oleh inkonsistensi. Ia bahkan sering kali DNF. Penampilannya sepanjang 2023 terhitung berbeda, walau hasilnya kurang lebih sama. Pembalap Italia itu tidak dapat menampilkan kinerja, meski sempat bersinar dengan kemenangan di Red Bull Ring. Untuk 2024, ia pindah ke Red Bull KTM Ajo. Berhasil mengemas tiga kemenangan sepanjang tahun dan memungkinkan pembalap Italia itu menduduki peringkat ketujuh klasemen akhir. Pada 2025, Vietti hijrah ke SpeedUp, serta bakal berkompetisi dengan sasis Boscoscuro. Pada tahun perdananya di Moto3™, pembalap muda Italia itu menampilkan performa yang mengesankan. Tiga podium dikemasnya, yakni di Jerez, Catalunya serta Motegi. Raihan apik ini pun mengantarkannya untuk dinobatkan sebagai Rookie of The Year. Kemudian musim 2020, Vietti mencetak kemenangan perdana di Grand Prix Styria. Kemenangan kembali dicetaknya saat Moto3 menyambangi Le Mans. Namun, ia tak dapat menjaga konsistensi jelang berakhirnya Kejuaraan. Vietti merampungkan musim dengan menghuni peringkat kelima klasemen akhir. Musim 2021, Vietti tetap menjadi bagian dari VR46 Riders Academy. Tetapi kali ini, ia berkompetisi dalam kategori intermediate. Pada tahun di mana para pendatang baru mendominasi berita utama, Vietti sering kali masuk radar. Mendekati akhir tahun, ia tiga kali secara beruntun finis enam besar. Performa bagusnya ini dibawa Vietti untuk menghadapi Moto2™ 2022. Tiga podium, termasuk dua kemenangan berhasil dikemasnya. Ia lalu merebut podium tertinggi lagi di GP Catalunya. Vietti pun digadang-gadang sebagai penantang gelar. Namun, paruh kedua musimnya diganggu oleh inkonsistensi. Ia bahkan sering kali DNF. Penampilannya sepanjang 2023 terhitung berbeda, walau hasilnya kurang lebih sama. Pembalap Italia itu tidak dapat menampilkan kinerja, meski sempat bersinar dengan kemenangan di Red Bull Ring. Untuk 2024, ia pindah ke Red Bull KTM Ajo. Berhasil mengemas tiga kemenangan sepanjang tahun dan memungkinkan pembalap Italia itu menduduki peringkat ketujuh klasemen akhir. Pada 2025, ia beralih ke SpeedUp dan menggunakan sasis Boscoscuro untuk pertama kalinya dalam kariernya di Moto2. Puncak keberhasilannya terjadi di GP San Marino saat membukukan kemenangan dan satu-satunya musim itu, ditambah dengan podium di GP Argentina dan GP Austria. Vietti tetap bersama SpeedRS Team pada 2026, melanjutkan pencariannya untuk hadiah utama, yakni titel Kejuaraan Dunia Moto2.