Tony Arbolino menjadi Juara CIV Pra-Moto3 pada 2014. Setelah itu, ia berlomba di FIM CEV Repsol Moto3™ Junior World Championship 2015, dan berhasil raih kemenangan pertama di Jerez 2016. Debutnya di Moto3™ dimulai pada 2017, saat direkrut oleh SIC58 Squadra Corse yang berekspansi ke Kejuaraan Dunia. Tetapi, pembalap Italia itu hanya setahun membela tim ini. Arbolino lalu pindah ke Marinelli Rivacold Snipers pada 2018. Sepanjang musim, ia tampil solid dengan enam kali finis sepuluh besar, serta klaim dua pole position. Musim 2019, Arbolino memenangi balapan di Italia dan Belanda, mengemas lima podium dan serangkaian finis enam besar yang antarkannya duduki peringkat keenam klasemen akhir. Tahun 2020 dimulai dengan gemilang. Arbolino mengamankan posisi ketiga di GP Spanyol, sementara tiga kali finis di posisi kedua membantu menjaga harapan gelarnya tetap hidup, meski sempat absen di Aragon. Kemenangan akhirnya datang di Valencia, dan posisi kelima di GP Portugal membawanya jadi runner-up Moto3™ 2020. Arbolino lalu naik kelas ke Moto2™ bersama Liqui Moly IntactGP. Musim perdananya sebagai rookie kategori intermediate berjalan cukup sulit. Inkonsistensi jadi penyebab utama. Empat kali finis sepuluh besar, termasuk posisi keempat di Le Mans, membuatnya pindah ke Marc VDS Racing Team untuk 2022. Tidak butuh waktu lama baginya untuk beradaptasi dengan lingkungan baru. Tiga kali secara beruntun finis delapan besar, diikuti kemenangan perdananya di Moto2™ Amerika. Ia menambahkan dua kemenangan lagi jelang akhir musim di Thailand dan Malaysia. Pada 2023, Arbolino masih tetap memperkuat Marc VDS. Sepanjang musim, ia menjadi salah satu penantang kuat gelar. Kinerjanya tak mengecewakan. Delapan podium, termasuk tiga kemenangan digenggamnya. Namun, pada akhirnya, ia harus puas tempati peringkat kedua klasemen akhir. Pebalap Italia itu mencetak podium pertamanya musim 2024 di GP Aragon, mengakhiri musim di peringkat kesepuluh klasemen akhir. Pada 2025, Arbolino membuka lembaran baru kariernya dengan memperkuat Pramac Yamaha Moto2™. Tahun 2020 dimulai dengan gemilang. Arbolino mengamankan posisi ketiga di GP Spanyol, sementara tiga kali finis di posisi kedua membantu menjaga harapan gelarnya tetap hidup, meski sempat absen di Aragon. Kemenangan akhirnya datang di Valencia, dan posisi kelima di GP Portugal membawanya jadi runner-up Moto3™ 2020. Arbolino lalu naik kelas ke Moto2™ bersama Liqui Moly IntactGP. Musim perdananya sebagai rookie kategori intermediate berjalan cukup sulit. Inkonsistensi jadi penyebab utama. Empat kali finis sepuluh besar, termasuk posisi keempat di Le Mans, membuatnya pindah ke Marc VDS Racing Team untuk 2022. Tidak butuh waktu lama baginya untuk beradaptasi dengan lingkungan baru. Tiga kali secara beruntun finis delapan besar, diikuti kemenangan perdananya di Moto2™ Amerika. Ia menambahkan dua kemenangan lagi jelang akhir musim di Thailand dan Malaysia. Pada 2023, Arbolino masih tetap memperkuat Marc VDS. Sepanjang musim, ia menjadi salah satu penantang kuat gelar. Kinerjanya tak mengecewakan. Delapan podium, termasuk tiga kemenangan digenggamnya. Namun, pada akhirnya, ia harus puas tempati peringkat kedua klasemen akhir. Pebalap Italia itu mencetak podium pertamanya musim 2024 di GP Aragon, mengakhiri musim di peringkat kesepuluh klasemen akhir. Pada 2025, Arbolino membuka lembaran baru kariernya dengan memperkuat Pramac Yamaha Moto2™. Ia membubuhkan satu podium sepanjang tahun dan menghuni peringkat ke-19 klasemen akhir. Untuk 2026, Arbolino bergabung dengan Fantic Racing, yang menandai musim keenamnya di Moto2.