Lorenzo Dalla Porta gab 2015 sein Debüt in der Weltmeisterschaft als Ersatz für Isaac Viñales im Husqvarana Factory Laglisse Team. Die Gelegenheit ergab sich, als er für das Laglisse-Team in der FIM CEV Repsol Moto3™ Junioren-Weltmeisterschaft fuhr, und er teilte seine Zeit zwischen den beiden Serien auf. In der CEV belegte er den neunten Platz in der Meisterschaft, einschließlich eines dritten Platzes in Jerez. Er gewöhnte sich schnell an die Weltmeisterschaft und fuhr zweimal in die Punkte, zuerst mit einem herausragenden achten Platz in Silverstone und dann mit dem 11. in Misano. Dalla Porta gewann dann 2016 die FIM CEV Repsol Moto3™ Junioren-Weltmeisterschaft und trat bei einigen Grands Prix wieder auf der Weltbühne auf - als Ersatz für Philipp Oetll in Mugello, für Jorge Navarro in Assen und dann für Romano Fenati ab Silverstone. 2017 fuhr der Italiener für das Pull&Bear Aspar Mahindra Team. Nach einem schwierigeren Jahr wechselte er 2018 zu Leopard Racing und holte seine ersten Podiumsplätze sowie einen ersten Rennsieg. Auch in der darauffolgenden Saison blieb Dalla Porta dem Team treu. 2019 war ein Jahr, das er nie vergessen wird. Mit vier Siegen, sechs zweiten Plätzen und einem dritten Platz krönte sich der Italiener zum Moto3™-Weltmeister 2019. Nach einer sensationellen Saison machte Dalla Porta 2020 mit dem Italtrans Racing Team den Schritt in die Intermediate-Klasse. Es erwies sich jedoch als ein Jahr der Anpassung für Dalla Porta, der nur zweimal in die Punkteränge fahren konnte, während 2021 ein weiteres Jahr des Lernens für den Italiener war. 2022 konnte er sich leicht verbessern und erzielte sieben Punkte. Obwohl Dalla Porta nicht im Rampenlicht stand, brachten ihm diese Leistungen das Vertrauen des Pertamina Mandalika SAG Teams ein, das in der Saison 2023 auf ihn zählen wird.