Inicios
Su carrera en el motociclismo comenzó en 1996 en el Campeonato de España de minimotos. Ese año terminó en el segundo puesto en la clasificación final del campeonato. Al año siguiente quedó tercero, pese a sufrir problemas de salud y en 1998 logró ganar el campeonato. Pese a sus buenos resultados en aquella época, Dani se planteó 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 para 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.
125cc
En 2001 pasó a correr el Mundial de Motociclismo de 125cc consiguiendo dos podios (Valencia y Motegi) y quedando 8º en el campeonato con 100 puntos. Entonces ya se pronunciaba como un gran piloto para el futuro.
En su segundo año en esta categoría consigue 3 victorias en el campeonato (Assen, Motegi y Valencia), quedando finalmente 3º en la clasificación general a pesar de ser uno de los favoritos al título.
En 2003 se convierte en el segundo piloto del mundo más joven, después de Loris Capirossi, en ganar el campeonato de 125cc. Se aseguró el título en Malasia a falta de que se disputaran las 2 últimas carreras. Una semana después, en los entrenamientos del GP de Australia sufrió un brutal accidente en el que se rompió los dos tobillos y el cual le dejó sin participar en las 2 últimas carreras.
250cc
A pesar de no tener apenas pretemporada dio el salto a la categoría del cuarto de litro. Si bien era el campeón de 125cc, no partía como favorito para el título ya que era debutante en la categoría, además había podido probar muy poco la nueva moto. Ni su lesión ni la presión que tenía por ser debutante impidieron que diese la sorpresa y ganase la primera carrera del año. Poco antes de la mitad del campeonato se puso en cabeza de la clasificación y ya no la dejó hasta el final, donde con un cuarto puesto en Australia, logró adjudicarse el título de campeón. Lo ganó el 17 de octubre de 2004, y se convirtió en el campeón de 250cc más joven del mundo y también en el bicampeón más joven. Además de ser el primer piloto capaz de ganar consecutivamente el título de 125cc y el de 250cc.
El 16 de octubre de 2005, sin todavía acabar el campeonato de 250cc, consiguió ser matemáticamente campeón de su categoría por segundo año consecutivo con 8 victorias. Tuvo que correr varias carreras con la nariz del húmero rota por lo que en las carreras anteriores no había conseguido buenos resultados pero en Australia, ya recuperado, ganó la carrera y eso le permitió alzarse de nuevo con el título, ya que su máximo rival, Casey Stoner, se cayó. Ese mismo año, en el GP de Francia, se anunció su fichaje por el equipo oficial de HRC para correr en MotoGP al año siguiente.
MotoGP
A partir del 9 de noviembre de 2005 , Daniel Pedrosa empezó su etapa en MotoGP, en el equipo Repsol Honda con el número 26 que le había dado Alberto Puig. En su primera carrera, el Gran Premio de España en Jerez, queda segundo. Pudo conseguir la primera victoria en la categoría en su 3ª carrera, pues a pesar de partir desde la posición 16ª llegó a liderar la carrera, pero en la última vuelta se fue al suelo y aunque pudo levantar la moto y volver a pista sólo pudo ser 14º. La victoria llegó una carrera después, la 4ª de la temporada, el 14 de mayo de 2007 en el Gran Premio de China. Un día antes había conseguido su primera pole 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, principalmente debido a un mal final de temporada ya que se lesionó en los entrenamientos del Gran Premio de Malasia y aunque subió al podio en esa carrera, en las siguientes se resintió de la lesión y del esfuerzo realizado. No pudo acabar la temporada con un podio en Valencia ya que tenía órdenes de ayudar a su compañero de equipo Nicky Hayden para que lograse el título mundial. Hayden se había ido al suelo en la carrera anterior y perdió el liderato del mundial por culpa de un choque entre ambos. Consiguió ser el mejor novato de ese año y también de la historia ya que consiguió en total 2 victorias, 6 podios más y 215 puntos. Ningún otro corredor había obtenido tantos puntos en su primera temporada en la categoría reina. En septiembre de 2007 prolongó su contrato con el equipo Honda Repsol HRC dos años más, pese a que estuvo negociando con otras escudarías, entre ellas Kawasaki. Ese año terminó en el 2º puesto del 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).
Después de una mala pretemporada por la fractura en la mano derecha que sufrió en enero en Sepang, Pedrosa sumó un tercer puesto en la primera carrera en Qatar y una victoria en el gram premio de Jerez, segunda cita de la temporada 2008, poniéndose en la cabeza de la tabla de MotoGP. Iba líder en el mundial antes de la carrera de Alemania, carrera disputada en mojado y que lideró durante las primeras vueltas hasta que se fue al suelo. Esto acabó con sus posibilidades de ser campeón del mundo ya que además de no puntuar en esa carrera tampoco pudo disputar la siguiente, en Laguna Seca, mientras que sus principales rivales, Rossi y Stoner, sumaron 45 puntos cada uno entre esas dos carreras. La segunda parte de la temporada estuvo especialmente marcada por el mal rendimiento de los neumáticos Michelín, lo que motivó a Pedrosa para empezar a utilizar Bridgestone en las últimas 5 carreras para familiarizarse con ellos de cara al próximo año ya que a partir de 2009 la categoría de MotoGP es monomarca. Ese año acabó tercero en el mundial, por detrás de Valentino Rossi y de Casey Stoner. En 2009, Pedrosa ganó las carreras de Laguna Seca y de Valencia, logrando el tercer puesto final en el campeonato por detrás de Valentino Rossi y Jorge Lorenzo.