Entrò nella categoria regina nel 2006 con il tema satellite LCR Honda dopo cinque anni di esperienza nelle categorie minori con la moto giapponese, Aprilia e KTM. Suo miglior risultato fu il secondo posto del 2005 in 250cc proprio in sella alla moto veneta.
Per il suo passaggio alla massima cilindrata Stoner vestì prima i colori Honda satellite e poi quelli Ducati con cui iniziòo la stagione 2007 con una vittoria al GP del Qatar. Da subito si iniziò a vedere l’alchimia tra il corridore di Southport e il prototipo di Borgo Panigale, confermata da ben altri nove successi e la vittoria del titolo iridato. Una stagione che restò nella storia della Casa italiana e che fece di Stoner il pilota simbolo.
L’australiano tentò di difendere il suo titolo l’anno dopo ma, alcuni errori e la nuova forza del binomio Valentino Rossi e Yamaha lo costrinsero al secondo posto. Seguirono altre due stagioni con Ducati che si conclusero entrambe con il quarto posto finale e il 2011 ci fu il suo passaggio al team ufficiale Honda.
Con la moto giapponese, già guidata all’esordio in MotoGP™, conquistò il suo secondo titolo iridato dopo dieci vittorie. Ci riprovò l’anno dopo ma fu solo terzo posto finale con cinque gradini più alti del podio.
Al termine del 2012 Stoner annunciò il suo ritiro che per molti versi fu inaspettato vista la giovane età, 27 anni.
Partecipò ad alcune corse automobilistiche in Australia e nelle stagioni 2014 e 2015 diventò collaudatore del tema HRC. Un ruolo che tenne fino al suo ritorno alle competizioni correndo con Honda la 8 Ore di Suzuka. Mentre si trovava al comando nei primi passaggi cadde a causa di un guasto tecnico sulla sua CBR e si ruppe un polso.
Il 2016 di Stoner è nel segno del ritorno a Borgo Panigale, con il ruolo di collaudatore e ambasciatore Ducati.