１９９３年２月１７日生まれ（２０２４年開幕時の年齢は３１歳）。出身地はスペイン・カタルーニャ州リェイダ県のセルベーラ。４歳の時に初めてバイクに乗り、５歳からカタルーニャ州で開催されたエンドゥーロとモトクロスのレースに参戦。２年後にモトクロスのカタルーニャ選手権でタイトルを獲得すると、翌年２００２年にロード転向。２００４年に同郷リェイダ県出身の元軽量級王者エミリオ・アルサモラに出会い、本格的にレース活動を開始。１年目の『カタルーニャ選手権』でポル・エスパルガロに続いて総合２位に進出すると、２年目と３年目にタイトルを獲得。
２００６年からは『スペイン選手権』に参戦。１年目は総合８位。ホンダ機からＫＴＭ機に乗り換えた２年目は、３戦ヘレス大会で初優勝を飾ったが、シーズンを通して導入された重量制限の規定に苦しみ総合９位に後退。
２００８年、ティト・ラバットのチームメイトとして、レプソル・ＫＴＭから世界舞台に初参戦。プレシーズンのオフィシャルテストで右前腕を骨折したことから序盤２戦を欠場。当時のエントリーリストの中で最も小柄な身長１４８センチ、体重４０キロだったことから、最低重量を満たすために約２０キロのバラスト（重量物）をバイクとツナギに積み込んで第３戦ポルトガルＧＰでデビューすると、第４戦中国ＧＰで１２位に入り、当時の史上最年少４番目となるポイント圏内に進出。第８戦イギリスＧＰでは３位に入り、史上最年少２番目となる表彰台を獲得（１５歳と１２６日）。
参戦１年目でＫＴＭ勢の最高位（総合１３位）に進出した成績が評価され、２００９年はファクトリーチーム、レッドブル・ＫＴＭ・モトスポーツから参戦して総合８位に浮上。
２０１０年、ＫＴＭの撤退に伴い、アジョ・モータースポーツに移籍。デルビ機に乗り換えると、第４戦イタリアＧＰで初優勝を挙げた勢いに乗って、史上最年少の５連勝を達成。第１７戦ポルトガルＧＰでは、雨天中断後のサイティングラップで転倒を喫したことから、ピットに戻ってマシンの修復を強いられ、最後尾１６番グリッドからスタートしたが、１５人を抜いて年間１０勝目、１２度目の表彰台を獲得。
最終戦バレンシアＧＰでエスパルガロ弟、ニコラス・テロールとのタイトル争いを制し、史上２番目となる最年少王者（１７歳と２６４日）に輝いた。
２０１１年、マルク・マルケスのために結成されたチーム・カタルーニャ・カイシャ・レプソルから中量級に参戦。開幕から３戦連続の転倒を喫したが、第４戦フランスＧＰで初優勝を挙げると、第９戦ドイツＧＰでは１９歳以下の最多優勝となる通算１４勝目を達成。第１７戦マレーシアＧＰのフリー走行１で転倒を喫した際に左目の視力障害に見舞われたことから、残り２戦の欠場を強いられ、２年連続の２クラス制覇を逃したが、新人王と２年連続のプライベートライダーに選出。
２０１２年、開幕直前のオフィシャルテストで視力回復を確認。準備が整わない状態で迎えた開幕戦カタールＧＰで優勝を挙げると、第１１戦インディアナポリスＧＰでは２０歳以下の最多勝記録を更新する２２勝目。第１７戦オーストラリアＧＰで、年間１３度目の表彰台を獲得し、中量級において史上３番目となる最年少王者（１９歳と２５４日）に輝く。
チャンピオンとして凱旋した最終戦バレンシアＧＰは、フリー走行のアクシデントにより、ペナルティが科せられ、最後尾３３番グリッドからスタートしたが、史上最多となる３２つのポジション奪取で年間９勝目、『Moto2™』の最多勝となる１６勝目を挙げ、故・加藤大治郎が２００１年に樹立した中量級の年間最多獲得ポイント（３２２ポイント）を更新する３２４ポイントを稼いだ。
２０１３年は、新人のファクトリーチーム加入が解禁となったことを受け、２０１２年７月２日にＨＲＣとの間で２年契約を締結しレプソル・ホンダから最高峰クラスに参戦すると、開幕戦カタールＧＰで３位に入り、史上最年少の表彰台とファーステストラップ（２０歳と４９日）を記録。
新設サーキット、サーキット・オブ・ジ・アメリカズで初開催された第２戦アメリカズＧＰで史上最年少のポールポジション獲得（２０歳と６２日）、フレディ・スペンサーが１９８３年に樹立した史上最年少優勝（２０歳と６３日）を３０年振りに更新。
第３戦スペインＧＰで史上最年少の３戦連続表彰台（２０歳と７７日）。第１１戦チェコＧＰでマイク・ヘイルウッドが１９６２年に樹立した史上最年少の４連勝（２０歳と１８９日）を５１年ぶりに更新。第１２戦イギリスＧＰで新人の年間最多表彰台獲得ポイントを更新。第１４戦アラゴンＧＰで新人の史上最多勝となる６勝目を達成。
タイヤの耐久性を考慮した安全面の特別処置により、新品タイヤを装着したマシン乗り換えが義務付けられた第１６戦オーストラリアＧＰでは、ピットインのタイミングを誤認したことから失格となったが、最終戦バレンシアＧＰで年間１６度目の表彰台を獲得。スペンサーが樹立した史上最年少王者（２０歳と２６６日）を更新し、ケニー・ロバーツ以来となるルーキーチャンピオンに輝き、ハイルウッド、フィル・リード、バレンティーノ・ロッシに続く、史上４人目の３クラス制覇に成功。
２０１４年、開幕戦カタールＧＰでポール・トゥ・フィニッシュを決めると、第１０戦インディアナポリスＧＰでヘイリウッドが１９６４年に樹立した史上最年少の１０連勝（２１歳と１７４日）を更新。同時に１９７０年のジャコモ・アゴスチーニ以来２人目となる開幕からの１０連勝、１９９７年のミック・ドゥーハン以来５人目となる１０連勝を達成。
第１５戦日本ＧＰで２位に入り、史上最年少の２連覇を達成。ホンダのライダーとしては初めてホームサーキットのツインリンクもてぎでタイトル獲得に成功し、最終戦バレンシアＧＰでは１３勝目を挙げて年間最多勝を更新。
２０１５年は、第１０戦インディアナポリスＧＰでホンダに通算７００勝目をもたらし、第１６戦オーストラリアＧＰでは、史上８人目となる通算５０勝目に到達したが、開幕戦カタールＧＰのコースアウトをはじめ、第３戦アルゼンチンＧＰの接触転倒や第６戦イタリアＧＰの転倒などリタイアが相次ぎ、総合３位に後退。
２０１６年は、タイトル連覇に失敗した経験を教訓とし、確実にポイントを稼ぐことに専念して表彰台を連取。第１５戦日本ＧＰで年間５勝目、１１度目の表彰台を獲得し、タイトル奪回に成功。
２０１７年は、第１５戦日本ＧＰで史上最年少となる通算１００度目の表彰台（２４歳と２４０日）を獲得するなど、６勝を含む１２度の表彰台を獲得し、最終戦バレンシアＧＰで２年連続４度目、通算６度目のタイトルを獲得。
２０１８年は、初開催の第１５戦タイＧＰで史上最年少となる５０度目のポールポジション（２５歳と２３１日）から優勝。第１６戦日本ＧＰで８勝目、１３度目の表彰台を獲得し、最高峰クラス４人目となる５度目のタイトル、チャンピオンシップ史上８人目となる通算７度目のタイトル獲得に成功。第１８戦マレーシアＧＰで史上５人目となる通算７０勝目を達成し、１２月４日に脱臼癖があった左肩を手術。
２０１９年は、２０１８年２月２６日に契約期間を２年延長したＨＲＣのファクトリーチーム、レプソル・ホンダから継続参戦。第１５戦タイＧＰで９勝目を挙げ、４年連続６度目、キャリア通算８度目のタイトルを獲得。全１９戦で１２勝、トップ走行中に転倒リタイヤした第３戦アメリカズＧＰを除き、１８戦でトップ２入りを達成し、史上最多となる４２０ポイントに到達。１１月２７日に脱臼癖を治すために右肩を手術。
２０２０年は、２月２０日にＨＲＣとの間で契約期間を２０２１年から２０２４年まで、４年間延長することで合意。異例の長期契約を締結すると、右肩のリハビリが長引いたが、新型コロナウイルスによるパンデミックの影響を受け、４ヶ月遅れとなった７月のシーズン緒戦、第２戦スペインＧＰを迎え、決勝レースでトップを走行中の５ラップ目にコースアウトを喫して１８番手まで後退。２０ラップ目までに１５人を抜いて３番手に浮上し、２番手を射程圏内に捉えたラスト４ラップ、２２ラップ目の３コーナー（２００８年２月２０日にデビュー前のオフィシャルテストで転倒して右前腕の尺骨と橈骨を骨折したときと同じコーナー）で転倒を喫した際に横転したバイクのフロントタイヤが右上腕骨に激突したことから骨折。
転倒から２日後の７月２１日に手術を受け、４日後に第３戦アンダルシアＧＰの参戦を目指してヘレス・サーキット‐アンヘル・ニエトに戻り、メディカルチェックで出走許可を得て６日後の２日目、フリー走行３から走行を開始したが、公式予選１の１ラップ目にパワーダウンが原因で走行をキャンセルし、チーム、医師団と相談して欠場を決断。
手術から１３日後の８月３日、自宅で窓を開けようとした際に右上腕にストレスがかかり、プレートが折れたことから、新しいプレートに交換する手術を受け、体外衝撃波治療を中心としたリハビリ治療に専念。最終戦ポルトガルＧＰまで欠場。
転倒から１３７日後の１２月３日、治癒が遅く、骨癒合プロセスが停止していたことから３度目の手術、偽関節の手術を受け、プレートの除去と皮質骨膜遊離皮弁（ひしつこつまくゆうりひべん）を備えた腸骨稜骨移植片（ちょうこつりょうこついしょくへん）を追加した新しいプレートを配置。２日後、手術後の臨床状況が良好ながら、手術中に採取した培養物から感染症が確認されたことから、抗生物質による治療を施す。
転倒骨折した２０２０年７月の第２戦スペインＧＰ決勝レースから２７１日後、３度目の手術から１３４日後、２０２０年７月の第３戦アンダルシアＧＰ公式予選１以来２６５日ぶりに第３戦ポルトガルＧＰのフリー走行１から走行を開始。復帰戦は７位で完走。
復帰から６戦目の第８戦ドイツＧＰで２０１９年の最終戦バレンシアＧＰ以来５８１日ぶりとなる優勝、ザクセンリンクで２０１０年から１１連勝を達成。
第１５戦アメリカズＧＰと第１６戦エミリア－ロマーニャＧＰで連勝した後、モトクロストレーニングの転倒が原因で２０１１年に患った複視が再発したことから、残りの２戦を欠場。
２０２２年、複視の回復を確認して、２月のオフィシャルテストに参加したが、第２戦インドネシアＧＰのウォームアップ走行にハイサイドから転倒を喫した際に頭部を強打したことから決勝レースを欠場。帰国途中に複視の症状が再発したことから、第３戦アルゼンチンＧＰを欠場したが、第４戦アメリカズＧＰで復帰。
第８戦イタリアＧＰ後にアメリカで４度目の手術を受け、治療とリハビリに専念すると、第１４戦サンマリノ＆リビエラ・ディ・リミニＧＰ後のオフィシャルテストに参加。第１５戦アラゴンＧＰで復帰すると、第１６戦日本ＧＰで１０７１日ぶりにポールポジションを獲得。第１８戦オーストラリアＧＰでプレミアクラス史上４人目となる１００度目の表彰台を獲得。
２０２３年は、２０１７年から２０１８年の冬以来、本格的にフィジカルトレーニングを積むことができ、右腕が回復したことを確認したが、開幕戦ポルトガルＧＰでポールポジションからティソ・スプリントで３位を獲得するものの、決勝レースで他車との激突が原因で右手の第１中手骨を骨折したことから手術を受け３戦に欠場。第９戦ドイツＧＰのウォームアップ走行で週末に５度目の転倒を喫したことから決勝レースを欠場。
第１４戦日本ＧＰの決勝レースで通算１４０回目の表彰台を獲得した後、１０月４日にＨＲＣとの間で２０２４年末まで締結していた契約期間を、２０２３年末に終了することで合意。同月１２日にグレシーニ・レーシングとの間で１年契約を締結。シーズン終了後に、腕上がり症状を解消するために右前腕を手術。
プレミアクラス１２年目の２０２４年は、１１年間駆け続けてきたホンダ機から１年落ちのドゥカティ機に乗り換えると、第２戦ポルトガルＧＰでティソ・スプリントの最高位となる２位、第４戦スペインＧＰで表彰台、第１２戦アラゴンＧＰで優勝を挙げ、総合３位に進出。
フル参戦１８年目、プレミアクラス１３年目の２０２５年は、２０２４年６月５日に２年契約を締結したドゥカティ・コルセのファクトリーチーム、ドゥカティ・レーシング・チームから参戦。
開幕戦タイＧＰでティソ・スプリントとグランプリレースで優勝。ダブルウィンでスタートすると第１４戦ハンガリーＧＰまでに７戦連続１０度目の連続優勝、第１５戦カタルーニャＧＰまでにティソ・スプリントで８戦連続１４度の優勝を含む１５戦連続のトップ２入りを果たし、第１６戦サンマリノ＆リビエラ・ディ・リミニＧＰまでにグランプリレースで１１勝を含む１４度の表彰台を獲得。
タイトル獲得に王手をかけた第１７戦日本ＧＰのティソ・スプリントで２位、グランプリレースで２位。終盤５戦を残し、怪我を克服し、引退の危機を乗り越え、２０１９年以来６年ぶり、チャンピオンに輝き、プレミクラスで７度目、キャリア通算９度目のタイトル獲得に成功した。