Su carrera en las motos comenzó en 1996 en el Campeonato de España de minimotos. Ese año quedó segundo en el campeonato, al año siguiente quedó tercero y por fin en 1998 logró ganar el campeonato. Pese a sus buenos resultados en aquella época, Dani empezó a plantearse dejar las motos y empezar a competir en mountain bike debido a la falta de recursos.

En 1999 Pedrosa se presenta a las pruebas de selección de la Movistar Activa Cup. Sólo podían entrar a formar parte del equipo de Alberto Puig los tres primeros, pero gracias a la confianza de éste, Dani fue elegido para correr en el Campeonato de España. Corrió el campeonato quedando en la cuarta posición detrás de Olivé, Jara y Piñeiro. Al año siguiente, Pedrosa es elegido, junto a Joan Olivé y Raúl Jara, para formar parte del equipo de Alberto Puig para el Campeonato de España. En 2000 corrió quedando 4º.

A partir del 9 de noviembre de 2005, Daniel Pedrosa empieza su etapa en MotoGP en el equipo Repsol Honda con el número 26, número que le había dado Alberto Puig. En su primera carrera, el Gran Premio de España en Jerez, queda segundo. El 14 de mayo de 2006 consigue su primera victoria en esta categoría, en el Gran Premio de China, cuarta carrera de la temporada. Un día antes había conseguido su primera pole position en MotoGP. Posteriormente consiguió en Donington Park su segunda victoria de la temporada. Tuvo opciones matemáticas al título hasta la penúltima carrera y aunque la mayor parte del campeonato se mantuvo entre el 2º y el 3º puesto, finalmente quedó 5º, siendo el mejor novato de ese año y también de la historia ya que consiguió en total 8 podios y 215 puntos (nadie había conseguido tantos puntos en su temporada de debut. El 21 de septiembre de 2007 renovó su contrato con el equipo Honda Repsol HRC por dos años más, pese a que estuvo negociando con otras escuderías, entre ellas Kawasaki. Finalmente terminó en 2º puesto en el campeonato de moto GP 2007, superando a Valentino Rossi en la última carrera, al remontarle 24 puntos en el Gran Premio de Valencia (Dani ganó y Valentino tuvo que abandonar por problemas mecánicos). Dani sufrió durante ese año todo tipo de problemas con sus neumáticos. Michelín reconoció que sus gomas no estaban a la altura de las Bridgestone, aún así Dani consiguió quedar segundo y Rossi tercero (ambos de Michelín) aunque a una gran distancia de Casey Stoner (Bridgestone). Se puede decir que ese año los neumáticos decidieron el campeón del mundo.

Después de una mala pretemporada por la lesión sufrida en Sepang en enero (fractura en la mano derecha), Pedrosa suma un tercero en la primera carrera en Qatar y una victoria en Jerez, segunda cita de la temporada 2008, poniéndose en la (provisional) cabeza de la tabla de MotoGP. Este año Dani Pedrosa tendrá como rivales por el título de MotoGP a Jorge Lorenzo, Valentino Rossi, Casey Stoner y sin perder de vista a Dovizioso, De Angelis y Toseland. A falta de 5 carreras, Dani ha decidido cambiar de proveedor de neumáticos a Bridgestone, por los malos resultados que, comparándolo con su talento, el podía y puede mejorar con los nuevos neumáticos.

El 5 de julio de 2009 logró la primera victoria para el motociclismo español en el GP EEUU en Laguna Seca.

De cara a la temporada 2010, Dani Pedrosa retorna a su "mágico" 26, dejando atrás los números 2 y 3, utilizados para hacer referencia de su posición en el campeonato anterior.

Tras un inicio de campeonato ajustando la puesta a punto del bastidor de su Honda RCV 212V 2010, en el que cabe destacar la segunda posicion lograda en el GP de España, el 6 de junio de 2010 logra la Triple Corona -victoria, vuelta rapida en carrera y pole position- en el GP de Italia disputado en el circuito de Mugello, cuarta carrera del Campeonato Mundial 2010. Despues de un 8º puesto en Silverstone y dos segundos puestos en Assen y Montmelo respectivamente, consiguió en el GP de Alemania su 2ª victoria de la temporada. Tras caerse en Laguna Seca y quedar 2º en Brno logra en Indianápolis su 3ª victoria de la temporada. Después de salir mal remonta adleantando a Dovizioso , Hayden y Spies. Por primera vez en su carrera en Moto GP logra ganar más de 2 carreras en un mismo año. A la semana siguiente en Missano, sale desde la pole y domina la carrera de principio a fin consiguiendo su 4ª victoria del año y por primera vez desde que está en Moto GP consigue ganar dos carreras de forma consecutiva