Menunjukkan bahwa umur bukan merupakan batas untuk naik ke level range di kejuaraan balap motor, dan membuat loncatan pertama dikejuaraan dunia dengan motor Derbi di Spanish Gran Prix Jerez pada tahun 2002, pada musim ketiga. Tidak mencapai umur yang disahkan pada umurnya yang ke 15, niat bulatnya membuahkan hasil dan ia membuat impress para peserta lainnya karena berhasil merebut tempat di pole posisi saat itu.

Mallorcan atau Lorenzo ini datang berlomba pada usia yang tepat pada musim lomba berikutnya, menang di balap pertamanya di kelas 125cc di GP Rio de Janeiro, dan memenangkan 3 musim berikutnya, dan finish keempat di tahun 2004. sebelum ia beranjak ke motor pabrikan Honda di kelas seperempat litre, Podium ke enam diperoleh dan empat pole posisi diperoleh di tahun musim pertamanya, kelas 250cc mendapat point akhir diposisi kelima dan dengan kepindahannya ke tim Aprilia, pada 2006 ia berharap mendapatkan reputasi yang lebih baik.

Dengan mendominasi kelas tersebut, dengan delapan kemenangan dan merekamkan reputasi yang hebat dengan menempati 10 kali pole posisi. Di tahun 2007 adalah waktu bersejarah bagi Lorenzo, ia mendapatkan gelar juara dunia yang kedua kalinya di seri Sepang. Ia juga menjadi pembalap yang paling sukses di kelas 250cc, sebagai pembalap Spanyol tersukses sepanjang masa.

Lepas tahun 2010 adalah masa keberuntungan baginya, terlebih setelah accident yang terjadi pada rival terberatnya yakni Valentino Rossi, ia sangat mudah melenggang naik ke jajaran terdepan. Rossi sebagai saingan terberatnya nampaknya membuat Jorge banyak menimba ilmu saat mengguntit Rossi selama bergabung bersama dengan Fiat Yamaha.