Germà del també pilot Pol Espargaró, l’any 1999 guanyà el Campionat de Catalunya d’enduro de 60 cc i fou tercer en el de motocròs de 60 cc. El 2001 guanyà el Campionat Rieju Supermotard de Catalunya i el d’Espanya. L’any 2003 guanyà el Campionat de Catalunya de velocitat en 125 cc i l’any següent fou campió d’Espanya i de Catalunya de la mateixa cilindrada, i es convertí així en el pilot més jove a aconseguir el títol estatal. El 2004 debutà en el Campionat del Món de motociclisme, on el 2005 corregué per l’equip Seedorf Racing pilotant una Honda. El 2006 disputà amb l’equip Honda el Mundial de 250 cc, on participà amb una Aprilia l’any següent. El 2008 i el 2011 assolí la seva millor classificació en el Mundial, amb una dotzena posició. L’any 2009 debutà puntualment en MotoGP, categoria en la qual participà el 2010 amb una Ducati. El 2011 fitxà per l’equip de Sito Pons per disputar el Mundial en la categoria de Moto2, en què assolí el primer podi de la seva carrera. L’any 2012 passà definitivament a la categoria de MotoGP, en els equips Power Electronics Aspar (2012-13), NGM Forward Racing (2014), Team Suzuki Ecstar MotoGP (2015-16) i, des del 2017, en l’Aprilia Racing Team Gresini. L’abril del 2022, al Gran Premi de l’Argentina, aconseguí la seva primera victòria en el Campionat del Món en la categoria de MotoGP.