Leggenda australiana del motociclismo vinse cinque titoli iridati in classe 500cc dominando la metà degli anni novanta e battendo molti record.
Dopo gli inizi in Superbike, Doohan si fece conoscere per il suo stile particolare di guida e per il suo modo di affrontare le curve con il corpo totalmente staccato dalla moto.
Entrò nel Campionato del Mondo nel 1989 all’età di 23 anni dividendo il box con Wayne Gardner, anche lui Leggenda del MotoGP™ e, per tutta la sua carriera, corse in 500cc in sella alla Honda ufficiale.
Dopo alcune gare nelle quali si mise in mostra con piazzamenti nelle prime cinque posizioni e arrivi a podio, vinse la sua prima corsa in Ungheria nel 1990 dando il via ad una lunga serie di podi e vittorie nelle stagioni successive, in totale saranno 54 primi posti.
Spesso vittima di cadute, gli infortuni pregiudicarono fortemente la carriera di Doohan. Nel 1989 subì dei gravi danni alla mano e nel 1992 rischiò addirittura l’amputazione della gamba saltando molti GP ma arrivando secondo in campionato grazie al vantaggio accumulato ad inizio stagione.
Rientrato nelle competizioni diventò subito il dominatore vincendo consecutivamente il titolo iridato della massima serie dal 1994 al 1998 prima che una nuova frattura alla gamba già lesionata lo costrinse al ritiro definitivo.
Alla fine della sua attività agonistica accumulò 95 podi in 137 gare e memorabile fu la sua rivalità con l'astro nascente della classe regine Max Biaggi.
Dopo il ritiro ha lavorato come consulente per il reparto corse della Casa di Minato. Nel suo palmarès vi è anche una vittoria nella 8 Ore di Suzuka corsa in coppia con il connazionale Wayne Gardner nel 1989.