Mattia Pasini stieg 2004 in die 125-ccm-Weltmeisterschaft ein und beeindruckte schon in seiner ersten Saison, bevor er in den nächsten drei Saisons unter den Top 5 landete. 2008 wechselte er in die 250er-Klasse, wurde Achter in der Gesamtwertung und im Jahr darauf Fünfter in der Meisterschaft. 2010 wurde er vom JiR Moto2-Team verpflichtet, trennte sich aber nach Assen wieder vom Team. Anschließend fuhr er 2010 zwei weitere Rennen für andere Teams und sicherte sich einen Platz beim Ioda Racing Project für 2011. 2012 stieg der Italiener mit dem Speed Master Team durch ihr CRT-Projekt in die MotoGP™ auf und sprang dann beim letzten Rennen für das Forward Racing Team in der Moto2™ ein. Er blieb 2013 und 2014 bei diesem Team. Eine Reihe von durchwachsenen Ergebnissen führte dazu, dass er 2015 keinen Platz mehr hatte, obwohl er zwei Wildcard-Einsätze in Mugello und Misano hatte. 2016 kehrte er in die Weltmeisterschaft zurück, wieder auf einer Kalex, und erzielte einige beeindruckende Ergebnisse mit dem Italtrans Racing Team, bei dem er auch 2017 blieb. Mit einem beeindruckenden Sieg in Mugello und einer Reihe von Podiumsplätzen und Polepositions bewies Pasini, dass er ein echter Star der Show ist, und 2018 holte er einen weiteren Sieg. Das sollte sein letzter Erfolg bleiben, denn er kehrte dem Vollzeit-Rennsport den Rücken und fuhr keine Podiumsplätze mehr ein. Seitdem ist er aber regelmäßig als Wildcard-Fahrer an den Start gegangen, im Jahr 2025 fuhr er für Fantic als Wildcard-Fahrer für den GP der Tschechischen Republik und Österreich.