Mit vier Jahren nahm Jorge Lorenzo an seinem ersten Minicross-Rennen teil.
1992 begann er Minibikes zu fahren.
Von 1993 bis 1995 gewann er drei Mal in Folge die Minicross-Meisterschaft der Balearen.
1997 wechselte zum Strassenrennsport in den Aprilia-50-ccm-Cup, den er in den Jahren 1998 und 1999 gewann.
2000 fuhr er in der spanischen 125-ccm-Meisterschaft.
2001 wurde er Sechster in der 125er-Europameisterschaft und Vierter in der spanischen Meisterschaft.
2002 - 2004 fuhr Lorenzo (Jüngster WM-Teilnehmer aller Zeiten) für Derbi in der 125-Weltmeisterschaft. Er konnte wegen dem Alterslimit erst ab dem dritten Rennen in die Saison starten, die er auf dem 21. Platz abschloss. Im zweiten Jahr feierte er seinen ersten Saisonsieg und belegte WM-Rang 12. 2004 holte er drei weitere Siege und wurde WM-Vierter.
2005 wechselte Jorge Lorenzo zu Fortuna-Honda in die 250er-Weltmeisterschaft. In seinem Debüt-Jahr holte er sechs Podiumsplätze und wurde WM-Fünfter.
2006 wechselte sein Team von Honda zu Aprilia. Mit acht Siegen wurde Lorenzo 250er-Weltmeister.
2007 holte sich Lorenzo mit neun Siegen den zweiten WM-Titel in der 250er-Klasse (52 Vorsprung auf Vizeweltemeister Andrea Dovizioso).
2008 wechselte er in die MotoGP-Klasse in das Fiat-Yamaha-Werksteam und wurde auf Anhieb WM-Vierter
Im Jahr 2009 tritt Lorenzo wieder im Fiat Yamaha Team an.