A kezdetek
Kallio 1997-ben mutatkozott be a finn 125-ös bajnokságban, amelyet 1999-ben és 2000-ben meg is nyert. Utóbbi évben skandináv bajnok is lett.
Az országúti versenyzés mellett Kallio a jégmotorozásban is sikeres volt. A 125-ösök között 2000-ben, 2004-ben és 2005-ben is bajnoki címet szerzett. 2004-ben és 2006-ban az 500 köbcentiméteresek között is a csúcsra ért.
125 cm3 (2001–2006)
Kallio a gyorsaságimotoros-világbajnokságon 2001-ben mutatkozott be, ekkor egy versenyen, a Német Nagydíjon indult szabadkártyásként. 2002-ben, első teljes szezonjában rögtön az év újonca lett. A szezont a tizenegyedik helyen zárta, 78 ponttal. Legjobb eredménye egy ötödik hely volt.
2003-ban szezon közben átigazolt a Red Bull KTM csapatához. Itt első versenyén rögtön egy negyedik helyezést ért el, ami addigi legjobb eredménye volt. Malajziában már a dobogóra is felállhatott, második lett. 2004-ben nem szerepelt jól, sokszor kiesett. Legjobb eredménye egy második hely volt Portugáliában.
A következő idényben már esélyes volt a világbajnoki címre is. A Katari Nagydíjon történt egy kisebb botrány is, ugyanis a versenyt Talmácsi Gábor nyerte Kallio előtt, mindössze 17 ezredmásodperccel. Csakhogy Talmácsinak a csapatutasítás miatt, miszerint Kallio vb-esélyes, ő pedig nem, mögötte kellett volna befutnia. Mint később kiderült, az itt elvesztett öt ponttal Kallio világbajnok lett volna. Talmácsit a szezonzáró után kirúgták a csapattól. 2006-ban, bár ismét második lett, ezúttal jócskán lemaradva végzett ezen a helyen, Álvaro Bautista simán, nyolc győzelemmel megszerezte a világbajnoki címet. Kallio háromszor állhatott fel a dobogó legfelső fokára. Év végén ő lett az év finn autó- és motorsport-versenyzője, megelőzve többek között Kimi Räikkönent.
125 cm3 (2007–2008)
2007-re a csapattól a negyedliteres géposztályba kapott szerződést. Csapattársa Hirosi Aojama volt. A szezon nehezen indult, ugyanis az első két versenyen kiesett, egyaránt műszaki hiba miatt. Később még további négy alkalommal kellett versenyt feladnia, azonban kétszer győzni is tudott, valamint további két alkalommal felállhatott a dobogóra, egyszer második, egyszer harmadik lett. A szezont a hetedik helyen zárta 157 ponttal. Bautista mögött ő lett a második legjobb újonc.
2008-ban ismét a KTM-nél versenyzett. A szezon elején sokáig Bautistával harcolt a világbajnoki címért, az első négy versenyen kétszer-kétszer a harmadik és az első helyen végzett. Később visszaesett mind Bautista, de még inkább az ő teljesítménye, ugyanis a szezon hátralévő részében már csak egy verseny tudott nyerni. Az idény végén harmadik lett, a világbajnok Marco Simoncelli és Bautista mögött.
MotoGP (2009–)
A negyedliteres harmadik helyezése után, 2009-ben a királykategóriában indult, az általában sereghajtónak számító Pramac Racing csapatánál Csapattársa a szintén GP-újonc Niccolò Canepa volt. A szezon közepénél a gyári Ducati csapatánál versenyző ausztrál világbajnok Casey Stoner három versenyt volt kénytelen kihagyni vérszegénység és egyéb betegségek miatt. Helyére először a Superbike-ban versenyző Michel Fabrizio, majd a maradék két versenyre Kallio ugrott be. A gyári Ducatival nem szerepelt rosszul, nyolcadik, majd hetedik lett, többször versenyben volt ideiglenes csapattársával, az amerikai Nicky Haydennel is. Egyébként a Pramackal mind Kallio, mind Canepa túlszárnyalja az előzetes várakozásokat, mindketten többször végeztek a legjobb 10-ben.
