Desde 2025 es piloto del KTM Factory Racing Tech 3 junto a Maverick Viñales.

En 2013, Bastianini compitió en el Red Bull MotoGP Rookies Cup, donde tomó dos victorias en camino a un cuarto lugar final en el campeonato.

Ocupó los diez primeros lugares en los grandes premios argentinos, españoles y franceses.

Después de no terminar su carrera en casa en Mugello, Bastianini tomó su primer podio con un segundo lugar en Cataluña; agregó otro segundo lugar en la República Checa y un tercer puesto en la siguiente carrera en Gran Bretaña.

En Misano en septiembre, Bastianini obtuvo su primera victoria mundialista; Bastianini fue parte de un grupo de cinco pilotos que batallaron toda la carrera y se llevó la victoria por solo 37 milésimas sobre Miguel Oliveira.