Carriera Nella sua carriera ha vinto tre titoli del motomondiale consecutivi, uno nella classe 125 (2003) e due nella classe 250 (2004 e 2005), diventando il più giovane pilota a vincere due mondiali consecutivi in questa categoria.
Vincitore di 54 Gran Premi, è all'ottavo posto (a pari merito con Michael Doohan) nella classifica dei piloti con il maggior numero di gare vinte. Inoltre, è al terzo posto all time nella lista dei piloti con più podi conquistati, 153.
Nel 2018 viene inserito nella Hall Of Fame della MotoGP, diventando ufficialmente leggenda di questo sport. Gli inizi Nel 1998 arrivò costantemente tra i primi posti nel campionato mondiale delle minimoto, un anno dopo, nel 1999 divenne vicecampione nel torneo nazionale spagnolo del motociclismo e infine nel 2000 conquistò il campionato monomarca, riservato esclusivamente a giovani piloti della Honda. La casa motociclistica giapponese decise di puntare su di lui e di farlo esordire l'anno successivo nel motomondiale nella classe 125. Il 12 luglio 2018 annuncia che il campionato mondiale del 2018 sarà per lui l'ultimo in cui gareggerà.. Detiene il record di 16 stagioni consecutive con almeno una vittoria all'attivo.
Classe 125 Nell'anno del suo esordio, nel 2001 ottenne 100 punti, frutto di due terzi posti (Comunità Valenciana e Pacifico) e l'ottavo posto nella classifica finale gli vale il premio di "Rookie of the year" a soli quindici anni. Corse con una Honda RS 125 R del team Junior Telefonica Movistar. I compagni di squadra sono stati Toni Elías e Joan Olivé.
Nel 2002, con compagno di squadra Olivé, ottenne tre vittorie (Olanda, Pacifico e Comunità Valenciana), tre secondi posti (Catalogna, Gran Bretagna e Repubblica Ceca), tre terzi posti (Sudafrica, Francia e Malesia) e sei pole position (Giappone, Sudafrica, Paesi Bassi, Portogallo, Pacifico e Comunità Valenciana), giungendo al terzo posto nella graduatoria finale (dietro il francese Arnaud Vincent e al sammarinese Manuel Poggiali) con 243 punti.
Nel 2003 ottenne cinque vittorie (Sudafrica, Francia, Catalogna, Repubblica Ceca e Malesia), un secondo posto in Italia e tre pole position (Olanda, Brasile e Pacifico). Vinse il mondiale della ottavo di litro con 223 punti, nonostante un infortunio a entrambe le caviglie avvenuto nelle prove del Gran Premio d'Australia che gli impedì di correre gli ultimi due Gran Premi (Australia e Comunitat Valenciana) e che mise in grave pericolo la continuazione professionistica del pilota.
Classe 250 Nel 2004 dopo il brutto infortunio, passò alla classe 250 con una Honda RS 250 R e vinse il titolo al primo tentativo, divenendo così il primo pilota a vincere il titolo 125cc (2003) e poi il titolo 250cc in anni consecutivi, primato ancora oggi imbattuto. Durante la stagione ottenne sette vittorie (Sudafrica, Francia, Germania, Gran Bretagna, Giappone, Malesia e Comunità Valenciana), cinque secondi posti (Italia, Catalogna, Paesi Bassi, Brasile e Qatar), un terzo posto in Repubblica Ceca, e quattro pole position (Francia, Portogallo, Giappone e Comunità Valenciana).Vinse il titolo con una gara di anticipo al Gp d'Australia con 317 punti, con diciannove anni e diciotto giorni divenendo il più giovane pilota a conquistare il titolo iridato della classe 250 nella storia del Motomondiale. Un altro record ottenuto fu alla gara di apertura, vincendo in Sudafrica ha fatto di lui il pilota più giovane a vincere un Gran Premio 250cc, ed il pilota più giovane a prendere la vittoria in due classi diverse. In questo anno, se si esclude il secondo Gran Premio (quello di casa, corso a Jerez), è sempre arrivato tra i primi quattro in ogni corsa. In questa stagione il suo compagno di squadra è stato Hiroshi Aoyama, con cui sarà anche l'anno successivo.
Nel 2005 rimane nella quarto di litro pur avendo ricevuto offerte da parte della MotoGP. In questa stagione si riconferma e vince nuovamente il titolo, con 309 punti conquistati e con un margine di 55 punti sul secondo classificato, l'australiano Casey Stoner. In questa stagione ottiene otto vittorie (Spagna, Francia, Italia, Catalogna, Germania, Repubblica Ceca, Australia e Comunità Valenciana), tre secondi posti (Olanda, Giappone e Turchia) e cinque pole position (Spagna, Francia, Catalogna, Gran Bretagna e Comunità Valenciana). Nel 2005 ottiene vari primati, fu il pilota più giovane a vincere due titoli consecutivi della 250cc, e si proclama il migliore dei giovani piloti della storia del Motomondiale, con un totale di 21 vittorie prima di compiere 20 anni, battendo così il record di Valentino Rossi, fermo a 17.
MotoGP Nel 2006 passa alla MotoGP in sella alla RC211V del team Repsol Honda, con compagno di squadra Nicky Hayden. Realizza la prima vittoria in questa classe a Shanghai, al GP di Cina e raddoppia in Inghilterra, a Donington. Oltre alle due vittorie, in questa stagione ha ottenuto due secondi posti (Spagna e Stati Uniti), quattro terzi posti (Francia, Paesi Bassi, Repubblica Ceca e Malesia) e quattro pole position (Cina, Francia, Gran Bretagna e Germania). A fine stagione è 5º con 215 punti.
Pedrosa dopo la vittoria a Donington, alterna vari podi ma solo dopo quasi un anno riesce a centrare nel GP di Germania, al Sachsenring, la sua terza vittoria nella classe regina. A fine stagione 2007 conquista il 2º posto nel mondiale con 242 punti, alle spalle di Casey Stoner e della sua Ducati Desmosedici. Oltre alle due vittorie ottiene tre secondi posti (Spagna, Italia e Portogallo), tre terzi posti (Qatar, Catalogna e Malesia) e cinque pole position (Spagna, Giappone, Australia, Malesia e Comunità Valenciana).
Per la stagione 2008 lascia il suo tradizionale numero di gara, il 26, e gareggia con il numero 2, derivante dal piazzamento nella stagione 2007. Nella prima prova della stagione 2008, in Qatar, ottiene un terzo posto. Nella successiva gara a Jerez, vince davanti a Valentino Rossi ottenendo il nuovo record della pista. Dopo una prima metà di stagione in cui colleziona altri cinque podi, una vittoria nel Gran Premio di Catalogna ed è primo in classifica piloti, Pedrosa cade in staccata, sotto la pioggia, durante il GP di Germania al Sachsenring. Questa caduta ha provocato la frattura dell'indice della mano sinistra e la distorsione della caviglia destra; a causa di quest'infortunio non prenderà parte al GP successivo, quello degli Stati Uniti.
Da quel momento, per i suoi numerosi problemi fisici, le sue prestazioni non saranno più all'altezza della prima parte della stagione; nei gran premi successivi torna sul podio solo in Giappone giungendo terzo e negli ultimi due GP della stagione 2008 si piazzerà secondo a Sepang e a Valencia. Altri piazzamenti sul podio sono stati: i secondi posti in Portogallo, Cina e Olanda, i terzi posti in Italia, Gran Bretagna e Giappone. Nel corso della stagione ha ottenuto anche due pole position (Francia e Malesia). A fine stagione è 3º con 249 punti. Nel 2009 vince sia a Laguna Seca che a Valencia, in entrambe le circostanze davanti a Valentino Rossi e Jorge Lorenzo. Quest'anno il suo compagno di squadra è stato Andrea Dovizioso, dopo aver passato tre stagioni con Hayden. Gli altri podi sono stati: tre secondi posti (Spagna, Repubblica Ceca e Malesia), sei terzi posti (Giappone, Francia, Germania, San Marino, Portogallo e Australia); ha ottenuto inoltre due pole position (Francia e Indianapolis). A fine stagione è 3º con 234 punti.
Il 2010 incomincia con un secondo posto nel circuito di Jerez de la Frontera e una vittoria in Italia, ma anche risultati mediocri, arrivando settimo in Qatar, quinto in Francia e ottavo in Gran Bretagna. Giunge secondo nelle due gare successive (dietro a Jorge Lorenzo) e ottiene una vittoria nel Gran Premio motociclistico di Germania. Pedrosa, secondo in classifica, cade però nella successiva gara a Laguna Seca mentre si trovava in testa lasciando campo libero a Jorge Lorenzo sia in gara sia in campionato (scivolando a meno 72 punti da Lorenzo, primo in classifica). Nella Repubblica Ceca giunge secondo dietro a Lorenzo. A Indianapolis Pedrosa vince invece la gara davanti a Ben Spies e a Lorenzo e fa lo stesso al circuito di Misano, stavolta davanti a Lorenzo e a Valentino Rossi. Giunge secondo ad Aragona dietro a Casey Stoner. Durante le prove per il Gran Premio motociclistico del Giappone Pedrosa cade, fratturandosi una clavicola e rientra in Spagna per farsi operare. A causa di questa caduta è costretto a saltare il Gran Premio del Giappone, di Malesia e di Australia. Riesce a rientrare in pista per le ultime due gare della stagione, giungendo ottavo in Portogallo e settimo a Valencia. A fine stagione è secondo con 245 punti. Durante questa stagione ha ottenuto anche quattro pole position.
Nel 2011 rimane nello stesso team, con compagni di squadra Casey Stoner e Andrea Dovizioso. Giunge terzo nella prima gara in Qatar e nel successivo Gran Premio di Spagna, disputato sotto la pioggia, giunge secondo dietro a Jorge Lorenzo. Il giorno dopo la gara si opera per risolvere il problema al braccio. In Portogallo riesce a vincere la gara e portandosi a meno 4 punti dalla testa del campionato. Nel Gran Premio di Francia tuttavia cade durante la gara, fratturandosi la clavicola destra a causa di un contatto con Marco Simoncelli. A causa di questo incidente è costretto a saltare il Gran Premio di Catalogna, Gran Bretagna e Olanda. Torna in pista al Mugello, ottenendo un ottavo posto. Vince la successiva gara in Germania, davanti a Jorge Lorenzo e a Casey Stoner. Negli Stati Uniti giunge terzo.
Ottiene una pole position in Repubblica Ceca ma cade in gara e viene costretto al ritiro. A Indianapolis, San Marino e in Aragona giunge secondo. In Giappone Pedrosa vince la gara. Ottiene la pole position in Malesia, ma la gara viene cancellata a seguito dell'incidente mortale di Marco Simoncelli. Termina la stagione al 4º posto con 219 punti.
Il 2012 comincia con un secondo posto in Qatar dietro a Jorge Lorenzo. Nelle due gare successive (Spagna e Portogallo) giunge terzo, dietro al compagno di squadra Casey Stoner e a Lorenzo. In Francia ottiene la pole position ma in gara, disputata sotto la pioggia, non va oltre il quarto posto. In Catalogna giunge secondo dietro a Lorenzo, mentre a Silverstone in Inghilterra giunge nuovamente terzo, dietro a Lorenzo e a Stoner. In Olanda ottiene un secondo posto ancora dietro a Stoner e in Germania riesce invece a raggiungere la prima vittoria della stagione. In Italia ottiene la pole position, ma giunge secondo dietro a Lorenzo. A Laguna Seca, arriva terzo dietro a Stoner e a Lorenzo. A Indianapolis ottiene la pole position e vince la corsa davanti a Lorenzo. Vince anche in Repubblica Ceca, dove riesce ad avere la meglio su Lorenzo, grazie a un sorpasso all'ultima curva proprio durante l'ultimo giro della gara.
Portatosi a soli 13 punti dalla testa del mondiale detenuta da Lorenzo, Pedrosa ottiene la pole anche a San Marino, ma in gara viene costretto dalla direzione a partire ultimo a causa di un problema alla moto durante il giro di allineamento. Nonostante questo cerca subito di recuperare posizioni, ma dopo poche curve cade a causa di un contatto con Héctor Barberá; Lorenzo vince così la gara, portandosi a 38 punti di vantaggio su Pedrosa. Pedrosa riesce a vincere le tre gare successive (Aragona, Giappone, Malesia), sempre davanti a Lorenzo. In Australia scatta bene dalla terza casella ma nel corso del secondo giro cade nel tentativo di allungare su Stoner e Lorenzo, il quale con il suo secondo posto conquista matematicamente il titolo mondiale. A Valencia ottiene la pole position e la vittoria, malgrado fosse stato costretto a partire dalla corsia dei box, per aver cambiato le gomme durante il giro di allineamento. Termina la stagione al 2º posto, con 332 punti.