Categoría 125 cc
En 1996 debuta en el campeonato del mundo en el equipo Aprilia-AGV y tras diez carreras en las que obtiene un tercer puesto como mejor resultado, obtiene su primera victoria en el Gran Premio de la República Checa de Motociclismo en Brno,4 después de haber obtenido la "Pole Position". En 1997 pasa al equipo oficial de Aprilia y obtiene su primer título mundial con su Aprilia RS125 tras ganar 11 carreras. Y áhí empieza el liderazgo del rey del motociclismo.
Categoría 250 cc
Para 1998 Rossi pasa a la categoría de 250 c.c., pilotando otra vez para Aprilia junto a Loris Capirossi y el japonés Tetsuya Harada, en esta temporada gana las cuatro últimas carreras y hace una excelente presentación, pero termina 23 puntos atrás del campeón, su compañero Loris Capirossi y sólo un punto adelante de su otro compañero de equipo cerrando una campaña perfecta para el equipo,5pero mejorable para la nueva promesa del motociclismo.
En 1999 Rossi es campeón después de ganar 9 carreras quedando a 48 puntos del segundo, Tohru Ukawa y a 100 puntos de Loris Capirossi,ahora en Honda, lo que le vale su ascenso a la máxima categoría.
500cc y motoGP
-los años con honda (2000-2003)
En el año 2000 debutó en los 500c.c. pilotando la Honda NSR500 y a pesar de cometer algunos errores ganó dos carreras y quedó segundo en el campeonato a 49 puntos de Kenny Roberts Jr. y es que ese año la Honda contaba con una clara superioridad técnica sobre las demás motos de la parrilla.
En 2001, la última temporada antes de la sustitución de esta categoría por MotoGP, continuó en el equipo Nastro Azzurro pilotando la NSR500, con la que consiguió 11 victorias, igualando la marca de la categoría en poder de Giacomo Agostini desde 1972, si bien entonces fue sobre sólo 13 carreras. Esa temporada Rossi sumó su tercer título mundial, primero en la categoría. Ese mismo año Valentino se prueba en la carrera más importante del mundial de resistencia: las 8 horas de Suzuka, ganándola junto con su entonces compañero Colin Edwards.
En el año 2002 debutaron las MotoGP de 990 c.c., y Rossi fichó por el equipo Honda Repsol HRC, pilotando la RC211V de 5 cilindros, una máquina invencible. Esa temporada ganó con superioridad un mundial en el que todos los pilotos eran "novatos" por una distancia de 140 puntos sobre el segundo, Max Biaggi, que pilotaba la primera Yamaha M1 de cuatro tiempos, claramente inferior a la Honda RC211V, pero igualada con las últimas NSR500 que seguían compitiendo.
En 2003 Rossi arrasó a la competencia, ganando 9 carreras en la misma temporada, y las RC211V ganaron 15 de 16 posibles, demostrando la superioridad sobre las demás motos y por supuesto volvió a ganar el campeonato. Era su quinto título mundial y el tercero consecutivo en la clase reina. Al final de esta temporada se supo que Rossi había fichado por la marca rival de Honda: Yamaha, debido a las diferencias que tenía HRC con Rossi, que quería que las evoluciones llegaran con cierto retraso al resto de los pilotos de la casa, pero en Honda HRC no pensaban igual. Valoraban al Italiano y lo consideraban una pieza importante, pero nada más. Por eso en HRC, cuando lo consideraban oportuno, no dudaban en traspasar todos los reglajes de Rossi a otros pilotos. La gota que colmó el vaso cayó en el GP de Valencia 2002, cuando Barros (que había estado todo el año corriendo con la NSR500) subiéndose por primera vez a una 4T, ganó a Rossi limpiamente con los settings del “Doctor”.
Campeón con Yamaha (2004-2005)
En 2004 Rossi compitió para esta marca considerada técnicamente inferior a la Honda en el campeonato anterior, puesto que en 2003 los pilotos de Yamaha quedaron séptimo (Checa, empatado a puntos con Ukawa) y noveno (Barros) con un tercer puesto como mejor actuación en una carrera. Pero Rossi aceptó el reto y llevó a su nuevo equipo como jefe de ingenieros a Jeremy Burgess, que le había acompañado en Honda desde su primera temporada en el 2000. El resultado fue una moto altamente competitiva que logró un título mundial después de doce años para Yamaha, aunque el propio Rossi admitió que la Yamaha no era tan mala moto como se esperaban.
En el 2005, aún criticado por su paso a Yamaha, Rossi gana de nuevo el mundial de motociclismo en la carrera disputada en el circuito de Sepang, el 25 de septiembre de aquel año. Aún faltaban cuatro carreras para el final del campeonato. Esa temporada Rossi ganó 11 de las 18 carreras disputadas, sumó 16 podios, ganando 367 de 425 puntos posibles y se retiró sólo una vez, en el Gran premio de Japón, demostrando una gran superioridad, quedando por delante de Melandri, Hayden y Edwards.
La crisis de resultados (2006-2007)
El 2 de agosto de 2005, Rossi renueva el contrato con Yamaha, rechazando una oferta de Ducati y renunciando a las aspiraciones de una posible vinculación con la Scudería Ferrari en la Fórmula 1. En el 2006 Rossi clasifica segundo con 5 victorias, 6 menos que la temporada anterior principalmente por dos caídas, dos roturas de motor y un problema con la llanta de adelante. A 6 carreras del final del campeonato Rossi está a 51 puntos del líder, pero empieza una remontada que emociona a sus muchos seguidores y en la última carrera está primero con 8 puntos de ventaja, pero tras una mala partida desde la primera posición Rossi cae al tratar de recuperar los puestos perdidos, condenándose al puesto 13 y cediendo el campeonato al estadounidense Nicky Hayden que rompe con la que parecía una interminable racha de victorias.
Para la temporada 2007 renovó con Yamaha y tuvo presentaciones muy irregulares: Ganó en Jerez, Assen, Estoril (donde dedica el triunfo a Colin McRae fallecido el día anterior a la carrera), llega segundo en Losail, Shanghái y Montmeló, pero décimo en Estambúl y sexto en Le Mans. Al término de la carrera de Holanda, Rossi es segundo a 21 puntos del australiano Casey Stoner y su Ducati, tras ganar la carrera remontando desde el puesto 11. En el Gran Premio de Japón al término de la carrera pasada por lluvia, Rossi está en la 13ª posición permitiendo a su rival: Casey Stoner, quien llegó sexto, proclamarse campeón. En la clasificación del último gran premio en Valencia, Rossi cae y se causa traumas múltiples en la mano derecha, pero aun así, participa en la carrera de la que se retira por un problema electrónico cediendo también el segundo puesto del campeonato a Dani Pedrosa y con este tercer puesto definitivo completa su peor actuación en el mundial desde su noveno puesto en su debut en 1996.
El regreso del campeón (2008)
En 2008, también con Yamaha, pero ahora con neumáticos Bridgestone tras varios problemas en los años anteriores con sus Michelin, Rossi volvía como uno de los más fuertes aspirantes al título, pero en las tres primeras carreras Stoner, Pedrosa y su compañero de equipo, el debutante Jorge Lorenzo le arrebatan lo alto del podio. Pero Rossi logra ganar 3 carreras consecutivas que lo lanzan de nuevo como un fuerte aspirante al título (Una de estas carreras fue su triunfo número 90 en el mundial que le permitió igualar el récord de Ángel Nieto).
Tras una no muy buena presentación en Holanda, en Laguna Seca se presenta una apasionante batalla por el primer puesto entre Stoner y Rossi. En la mítica curva del Sacacorchos el Doctor ejecutó una de las mejores maniobras del motociclismo, adelantando a Stoner por la arena, quien finalmente terminaría segundo a pesar de una caída. Stoner acusaría a Valentino de "ejecutar maniobras al límite", pero posteriormente se disculparía por sus declaraciones diciendo que actuó en el calor del momento y que no quería ninguna polémica.
Tras hacer la Pole Position y ganar la carrera en Indianápolis supera el récord de Giacomo Agostini de 68 victorias en la máxima categoría. Y su victoria número 70 en MotoGP llega en Motegi (GP de Japón) logrando así nuevamente el campeonato a falta de tres carreras para finalizar el mundial.
Tras ser segundo en Australia, ganar la carrera en Malasia y quedar tercero en Valencia, Rossi, con 373 puntos supera cómodamente el récord de la mayor cantidad de puntos obtenidos en una sola temporada.
Noveno título mundial (2009)
En 2009, de nuevo con Yamaha, Rossi se enfrenta a una de sus temporadas más interesantes por la rivalidad suscitada con su propio compañero de equipo: Jorge Lorenzo, quien le obliga a esforzarse en más de una carrera y con quien disputa el primer lugar en la clasificación durante casi toda la temporada.
Después de llegar como líder del campeonato a la cuarta carrera en Le Mans con 2 segundos puestos y una victoria, Valentino tiene una accidentada carrera en la que tiene que cambiar de moto 2 veces, se cae y es sancionado por exceder el límite de velocidad en boxes, lo que lo deja con dos vueltas perdidas respecto al líder y por primera vez en su carrera cruza la meta sin hacer puntos, en el puesto 16.
Tras un tercer puesto en Mugello, Rossi protagoniza una lucha impresionante por el primer lugar con su compañero de marca en el Circuit de Catalunya y termina primero al ganar la posición en la última curva de la última vuelta en lo que fue la carrera con más emociones de la temporada.
El 27 de junio en el gran premio de Holanda en Assen, Valentino consigue la centésima victoria de su carrera y lo celebra con una gigantesca pancarta con fotos de cada una de sus 99 victorias anteriores. Con una segunda posición en Laguna Seca, un triunfo en Alemania y una quinta posición después de una caída en Gran Bretaña, Rossi es líder a 25 puntos de su compañero y sigue siendo el favorito para ganar el campeonato.
En Brno, pierde la primera posición con su compañero faltando 6 vueltas para el final de la carrera, pero mantiene su ritmo y presiona a Lorenzo quien comete un error y cae, dejando a Rossi como favorito con 50 puntos de diferencia a falta de 6 carreras, pero Rossi también cae en Indianápolis y revive la disputa por el título.
A pesar de no ganar 4 carreras desde el gran premio de la República Checa, Valentino sigue siendo líder del campeonato con 38 puntos de diferencia a su favor y con sólo dos carreras para terminar el campeonato éste está casi liquidado a su favor. Finalmente, con seis victorias, Rossi se proclama campeón en el Gran Premio de Malasia y lo celebra utilizando el refrán italiano "Gallina vieja hace buen caldo" en referencia a los que le consideraban demasiado mayor para hacer frente a los pilotos más jóvenes con los que compite y cierra la temporada de su noveno título mundial con un segundo lugar en Valencia.
2010: Año para olvidar
Este año Valentino intentaría conseguir su décimo título. El año empezó bien para él, ganando la primera carrera en Qatar, aunque esa misma semana sufrió una lesión en la espalda practicando motocross que mermarían sus opciones en los siguientes GPs. En los dos siguientes GPs y debido a su reciente lesión, Valentino fue superado por su compañero (y vencedor en las dos carreras) Jorge Lorenzo, quedando 3º en Jerez y 2º en LeMans. Tras obtener tres podios en las tres primeras carreras del año, se llegó al GP de Italia, donde, en los entrenamientos del sábado, sufriría una caída que le provocaría una fractura de la tibia y el peroné derechos, perdiéndose así varias carreras y siendo dado de baja entre un mes y dos meses y medio. Fue enviado en helicóptero al Hospital de Florencia, donde sería operado esa misma tarde.
Para sorpresa de todos, "The doctor" volvía a la competición sólo tres grandes premios después de su dura caída. Valentino tomaba de nuevo los mandos de su Yamaha en el GP de Sachsenring, logrando un meritorio cuarto puesto estando aún convaleciente, puesto que incluso para andar por el box se ayudaba (a veces) de una muleta.6 7 Tras la gran actuación realizada por el astro italiano en el trazado germano, el 25 de julio se disputa el Gran Premio de los Estados Unidos, donde consigue la tercera posición, protagonizando una gran lucha con Andrea Dovizioso, que le permite reencontrarse con el podio después de su gravísima lesión.
El 15 de agosto, tras el Gran Premio de la República Checa en Brno, se confirma su fichaje por Ducati. Figuraría cuarto en Indianápolis y tercero en San Marino, mostrando así una progresión que culmina con un séptimo puesto en el GP de Aragón. Más adelante en el GP de Japón protagoniza una tremenda lucha con Jorge Lorenzo, superándole en la última curva y recordando los hechos del GP de Cataluña en 2009. Luego en el GP de Malasia, Rossi consigue su segunda victoria de la temporada. Finalmente acabó la temporada haciendo tres grandes actuaciones, la primera de ellas en el circuito australiano de Phillip Island, donde terminó tercero, luego en Portugal donde consiguió terminar segundo, y finalmente un tercer lugar en el cierre de temporada en Cheste. De este modo, al terminar la temporada 2010 Valentino cerraba su ciclo con el equipo Fiat Yamaha, con quienes alcanzó la curiosa meta de 46 victorias.
La Era Ducati
Desde muy temprano en su carrera Max Biaggi ha sido considerado como el principal rival de Rossi aunque no tuvieron la oportunidad de correr juntos hasta el año 2000. En la primera carrera de esta temporada, los dos abandonaron en la misma vuelta y en la segunda carrera Rossi abandonó y Biaggi terminó cuarto dejando expectantes a los aficionados que ya sabían de la rivalidad, pero al final de la temporada Rossi terminó segundo en el campeonato, delante de Max. Después de unos años la rivalidad entre los dos empezó a morir por los malos resultados de Biaggi en gran parte por problemas técnicos que lo dejarían desempleado en el año 2006.
En 2001 en el circuito de Suzuka Rossi dijo que Biaggi lo golpeó con el codo en la recta para no permitir que lo pasara, esto causó que perdiera mucho tiempo, pero eventualmente superó a su rival para ganar la carrera. Mientras adelantaba a Biaggi, Valentino hizo un gesto obsceno. La prensa, "como siempre" según Rossi, tomó el lado de Biaggi y dijo que el golpe con el codo era necesario para no permitir una maniobra arriesgada de Il Dottore y criticó a Valentino por su gesto obsceno. Después de este incidente, los dos se dieron la mano en una conferencia de prensa y aunque las rivalidades seguían dentro de la pista en algunas ocasiones la prensa y los fanáticos dejaron de prestarle tanta atención.
Otra de las grandes rivalidades de Rossi ha sido con la prensa: IL Dottore siempre atiende a los medios con una gran sonrisa, pero los periodistas han sido siempre muy críticos con el campeón italiano. Tras arrasar de nuevo con la Honda, se comentó que Rossi ganaba porque llevaba la mejor moto del campeonato; para sorpresa de todos Valentino firmó al final de esa temporada con Yamaha, una de las motos menos punteras del campeonato, para al año siguiente volver a ganar el campeonato. Rossi demostró ser un auténtico piloto y no tuvo que entrar en ninguna trifulca sino que habló en la pista y batió a todos sus detractores como un auténtico campeón.
