Debutà l’any 1982 disputant diverses curses de promoció amb una Bultaco Pursang i el 1984 aconseguí la seva primera victòria al Gran Premi d’Espanya amb una Kobas. El 1985 debutà en el Mundial de 500 cc amb Suzuki. Fou campió d’Espanya (1986) i subcampió (1986) i tercer (1987) del món en 250 cc amb Honda. El 1988 i el 1989 fou campió del món de 250 cc, i es convertí en el primer català que guanyà el mundial en aquesta cilindrada. El 1990 i el 1991 competí en el Mundial de 500 cc. Participà en 124 grans premis (33 dels quals de 500 cc), en què assolí 15 victòries, 4 podis i 12 voltes ràpides, i fou escollit delegat de pilots de la Federació Internacional de Motociclisme.
Quan es retirà, després d’un greu accident a Rijeka (1990), creà i dirigí l’equip Pons Racing, per on han passat pilots com Àlex Crivillé, amb el qual aconseguí el Campionat del Món de 500 cc (1999), Carles Checa, Albert Puig, John Kocinski, Loris Capirossi, Àlex Barros, Max Biaggi, Héctor Barberà, Sergio Gadea, Aleix Espargaró i el seu fill, Àxel Pons.
El 2004 també muntà un equip automobilístic que guanyà les World Series by Renault, amb Heikki Kovalainen a les seves files. Ha rebut el premi Príncipe de Asturias (1990) i la medalla d’or al mèrit esportiu (1991).