O Italiano voltou a ser um dominador inesperado da fase final do Campeonato, contrariando a supremacia anterior de Marini e Lowes para conseguir um primeiro título mundial
Nascido em Rimini, Bastianini montou pela primeira vez uma mini-moto com 3 anos e 3 meses: daí o seu número de corrida, 33. Depois de uma carreira de sucesso em mini-motos, Bastianini correu em várias categorias, incluindo o Troféu Honda HIRP 100cc, as MiniGP 70 no Campeonato Italiano e o Troféu Honda RS125, que venceu em 2012.
Em 2013, Bastianini competiu na Red Bull Rookies Cup, onde levou duas vitórias a caminho de um quarto lugar no campeonato. Bastianini também deu os primeiros passos em Moto3, participando em cinco corridas do Campeonato italiano CIV.
Em 2014, Bastianini estreou-se no Campeonato do Mundo de Moto3 pela Equipa GO&FUN Moto3 e marcou os primeiros pontos na sua segunda prova, terminando em 13º lugar no Circuito das Américas, no Texas, iniciando uma série de quatro provas consecutivas a marcar pontos.
Nesse seu primeiro ano, Bastianini ficou entre os dez primeiros lugares do Grande Prémio da Argentina, Espanha e França e depois de não ter terminado a corrida em casa em Mugello, subiu ao seu primeiro pódio com um segundo lugar na Catalunha.
A seguir, somou mais um segundo lugar na República Checa e um terceiro na corrida seguinte na Grã-Bretanha. Com estes resultados, Bastianini terminou a temporada em 9º no campeonato de pilotos.
Em 2015, Bastianini surgiu como o adversário mais próximo do líder Danny Kent, ocupando cinco pódios, incluindo quatro segundos lugares e duas pole positions nas primeiras onze corridas da temporada.
Em Misano, em Setembro, Bastianini teve a sua primeira vitória, saindo da pole, fez parte da batalha de cinco pilotos durante toda a corrida, e venceu após um passe de última volta sobre Miguel Oliveira.
Assim, Bastianini terminou a temporada no terceiro lugar e em 2016 continuou a correr na classe de Moto3 com a Gresini Racing. Terminou a temporada como vice-campeão, com 177 pontos, 6 pódios e uma vitória em Motegi.
Em 2016, Bastianini mudou para a Estrella Galiza 0,0 e teve um ano mais difícil, ganhando proeminência apenas nas últimas etapas, conquistando uma pole e três pódios.
Em 2018 substituiu o campeão Joan Mir na Leopard Racing, terminando em quarto lugar no Campeonato após seis pódios, incluindo uma vitória.
Um ataque às Moto2 com a Italtrans Racing Team aguardava Bastianini, e o italiano foi impressionante. Um pódio inaugural foi o seu no GP da República Checa e se não fosse por uma lesão a meio da época, o título de Rookie do Ano de Moto2 poderia muito bem ter sido seu.
Continuando com a Italtrans em 2020, Bastianini começou o ano bem, com um pódio em 3º no Qatar, seguido de duas vitórias na Andaluzia e Checa após um resultado indiferente de 9º em Jerez. A Áustria não lhe sorriu, com um abandono e um 10º nos dois GP em Spielberg, mas depois seguiram-se mais 2 pódios em Misano, nomeadamente uma vitória na segunda visita.
Nas duas de Aragón a seguir, o piloto da Italtrans voltaria ao pódio, primeiro em segundo e depois em terceiro, e na Europa seguir, falhou o pódio por pouco ao acabar 4º.
Assim, Bastianini chegou à penúltima corrida em Valência liderando o Campeonato por 6 pontos sobre Lowes, e quando este ficou prejudicado por uma mão partida e Bastiani conseguiu acabar apenas 2 lugares atrás em 5º, o título estava garantido!
