La carriera di Kallio comincia nella sua nativa Finlandia dove vince il Campionato nazionale 125cc per tre stagioni consecutive. Nel 2001 debutta nel Campionato del Mondo MotoGP™ come wild card e completa un’intera stagione l’anno successivo correndo per Ajo Motorsport: chiude 11º assoluto e conquista il titolo di Rookie-of-the-Year. Il 2º posto finale nel 2005 e nel 2006 gli permette il salto in 250cc, e la terza piazza finale nel 2008 lo proietta verso la classe regina nel 2009 con Pramac. In sella alla Desmosedici GP9, il finlandese è di nuovo miglior esordiente dell’anno e sostituisce Casey Stoner sulla moto ufficiale per tre gare. Un difficile 2010 lo riporta in Moto2™. Nel 2012 rivede il podio, lottando sempre con il gruppo di testa. Nel 2013 cresce molto, toccando l’apice con la sua prima vittoria ottenuta in Repubblica Ceca e concludendo la stagione al quarto posto assoluto della classe mediana. Grazie a tre vittorie e una serie di piazzamenti a podio, l'anno scorso contende fino all'ultimo il mondiale al suo compagno di squadra Tito Rabat che a fine si aggiudicherà il titolo. Nel 2015 accetta una nuova sfida e si lega al team Italtrans Racing, scegliendo Antonio Jimenez come suo capotecnico. I risultati non arrivano e a partire dal GP di Aragon, passa al team QMMF Racing per proseguire lo sviluppo della Speed Up. Nel 2016 è impegnato come tester per KTM e l’avventura della casa austriaca nella classe regina per l’anno successivo. Nell’ultimo GP della stagione a Valencia, Kallio porta in gara la RC16 come wild card.