Stoner négyévesen kezdett motorozni, ám egy ideig nem pályaversenyző, hanem motokrosszos volt. Öt év alatt negyvenegy versenyt és 70 különféle bajnoki címet nyert meg.
Tizennégy éves korában családjával Angliába költözött, itt kezdett el pályaversenyeken indulni. 2000-től 2002-ig a brit és a spanyol bajnokságokban indult, előbbit 2000-ben rögtön meg is nyerte. 2002-ben egy versenyen már elindult a MotoGP-ben, a nyolcadliteresek között. Egy évvel később már az eggyel nagyobb kategóriában kapott teljes évre szóló szerződést Lucio Cecchinello.
2006
Bár előrehaladott tárgyalásokat folytatott a Yamahával, végül mégis az LCR Honda pilótája lett, vagyis csapatot nem, csak kategóriát váltott. Második versenyén már rögtön az első rajtkockából indulhatott. Mivel sokszor elesett, így első királykategóriás idényét nyolcadikként zárta. Legjobb eredménye a Török Nagydíjon elért második hely volt. Itt az utolsó kanyarig vezetett, ekkor azonban Marco Melandri megelőzte őt.
2007
Második évében már gyári csapatnál, a Ducatinál versenyezhetett Loris Capirossi mellett. Hat pole-pozíció mellett tízszer is győzni tudott, legrosszabb eredménye egy hatodik hely volt. Végül öt győzelemnyi, vagyis 125 pontos előnnyel végzett a második Dani Pedrosa előtt
2008
2008-at győzelemmel kezdte, majd a következő öt versenyből csak kétszer állt dobogóra, ebből egyszer pont nélkül zárt. A Katalán Nagydíjtól kezdve zsinórban hétszer is elsőként rajtolhatott, azonban ezt nem mindig sikerült kihasználnia. Valentino Rossi Laguna Secában egy emlékezetes csatában előzte meg őt. Brnói és misanói kiesése azt jelentette, hogy nem tudja megvédeni címét. 280 szerzett pontja a legtöbb azok közül, amellyel nem lehetett világbajnoki címet szerezni.
2009
2009-re új csapattársat kapott Nicky Hayden személyében. A szezon elején az erős kezdés miatt szorosan ott tudott lenni a két Yamahás, Rossi és Jorge Lorenzo közelében a pontversenyben. Az Amerikai Nagydíj után az élen álló Rossihoz képest csak 16, Lorenzóhoz képest pedig csak hétpontos hátrányban volt.
A szezon második felében visszaesett a teljesítménye. Bár eleinte még negyedik tudott lenni, azt lehetett rajta észrevenni, hogy a versenyek végére valamilyen rejtélyes oknál fogva elfárad. Később anémiát diagnosztizáltak nála, valamint a gyomrában is gyulladás volt.[16] A felépülés három versenyt vett igénybe. Erre az időszakra Mika Kallio helyettesítette, a finn helyén pedig Niccolò Canepa versenyzett.
Az utolsó négy versenyre térhetett vissza, ezeken rendkívül jól szerepelt, ugyanis előbb második lett, majd két versenyt is megnyert. A szezonzáró valenciai futamon is az egész hétvégén dominált, mígnem a verseny felvezető körében a hideg gumikat túlságosan agresszívan próbálta felmelegíteni. Ennek következtében elesett, a futamon pedig nem tudott elindulni.
2010
A 2010-es szezont bár jól kezdte (Katarban elsőként rajtolhatott), az első öt futamon egyáltalán nem sikerült dobogóra állnia. Katarban saját hiba miatt kiesett,[19] majd a francia futamot is feladni kényszerült. Első dobogós helyezését Assenben szerezte.
A szezon során jelentették be, hogy Stoner 2011-től a Repsol Honda versenyzője lesz. A Ducatinál Rossi fogja helyettesíteni.
