A 25 éves motoros 2004-ben világbajnok volt a 125 köbcentis géposztályban, 2006-ban és 2007-ben pedig másodikként zárt a 250-es kategória pontversenyében. Dovizioso 2008-ban debütált a MotoGP-ben, azóta 68 futamon indult a Honda színeiben, egyszer nyert és 14 alkalommal állhatott fel a dobogóra.
Az olasz 196 pontjával jelenleg harmadik a pontversenyben, amelyet a szintén Hondával versenyző ausztrál Casey Stoner vezet 300 ponttal.