Anh cũng đi theo truyền thống của gia đình, và trong đó, nổi trội nhất là cha anh, ông Graziano Rossi.

Valentino Rossi bắt đầu sự nghiệp của mình vào năm 1996, khi đó anh đua cho đội Aprilla ở phân khúc xe 125cc và anh đã vô địch ở phân khúc xe này vào năm tiếp theo (1997).

Sau chiến thắng năm 1997 đó, anh đã đến với phân khúc xe 250cc của Aprilla và vô địch giải 250cc World Championship vào năm 1999.

Sau đó 2 năm, anh cũng đã chiến thắng ở hạng xe 500cc khi đua cho hãng Honda. Ở giải đua MotoGP năm 2002, 2003, anh đã làm vinh danh cho hãng xe Honda khi liên tục về nhất. Sau chiến thắng đó, anh đã rời khỏi Honda.

Sau khi rời khỏi Honda, anh đầu quân cho đội Factory Yamaha, và đã làm vinh danh đội này khi vô địch ở MotoGP vào năm 2004,2005,2008 và 2009.

Anh đã có 89 lần về nhất ở hạng MotoGp, 26 lần về nhất ở các hạng 125cc và 250cc. Nâng tổng số vô địch của anh lên 115 lần (sau tay đua Giacomo Agostini - 122 lần).