Nel 2000 a soli 13 anni, grazie ad una speciale deroga della Federazione che ottiene per il suo talento, corre il campionato Spagnolo di velocità.
L’esordio nel motomondiale classe 125 arriva nel 2002 con la scuderia spagnola Derbi.
Il debutto a Jerez avviene il giorno del suo 15° anno, età minima per correre il mondiale.
La stagione non può che essere difficile, termina 21° con un 7° posto come miglior risultato.
Lorenzo sarà ricordato come il pilota più giovane della storia ad aver partecipato ad un mondiale di motociclismo.
Il passaggio in 250cc avviene nel 2005. Nel team Fortuna Honda, in coppia con Barberà, riesce a concludere la stagione con il quinto posto in classifica.
Nel 2006, lottando fino all’ultima gara con Andrea Dovizioso arriva il primo titolo mondiale. Lorenzo diventa cosi il secondo pilota più giovane di sempre ad aver vinto un mondiale.
L’anno successivo si conferma nuovamente campione della classe 250. Il bis mondiale gli permette di approdare in MotoGp nel team Fiat Yamaha, compagno di scuderia di una leggenda del motociclismo come Valentino Rossi.
Nella sua prima stagione fà capire di non temere il confronto con il pluripremiato compagno di scuderia e solo una serie di cadute, la prima delle quali gli costa la frattura di entrambe le caviglie, non gli permetteranno di combattere per il titolo.
La stagione 2009 per il pilota spagnolo inizia nel migliore dei modi con una serie di ottime prestazioni e vittorie ma alla lunga perde il confronto con Valentino Rossi che conquisterà il nono titolo mondiale.
La stagione 2010 di MotoGp per Lorenzo si appresta ad iniziare nel peggiore dei modi. Lo spagnolo infatti ha riportato una frattura alla mano che gli ha impedito di partecipare a gran parte dei test.
