Pasini tävlade i 125GP från säsongen 2004. Först i stallet Totti Top Sport och sedan Polaris World Aprilia. Segern i Kinas Grand Prix 2005 var hans första GP-vinst. Pasini blev fyra i VM både 2005 och 2006. Roadracing-VM 2007 var han en av de snabbaste förarna i klassen, men drabbades av tekniska problem och låg därför bara sjua efter halva säsongen. Han kom dock igen och tog en bejublad seger i hemmaloppet på Misano-banan på väg mot en slutgiltig femteplats efter fyra Grand Prix-segrar.
Säsongen 2008 flyttade Pasini upp med teamet till 250GP. Redan i sitt första lopp i den nya klassen tog han sin första 250GP-seger. Han slutade som åtta i VM-tabellen. Säsongen 2009 tog han ytterligare en seger, två andra- och två tredjeplatser och blev totalt femma i VM. Säsongen 2010 körde Pasini i den nya Moto2-klassen för JiR Moto2 på en Motobi men slutade i teamet efter TT Assen. 2011 körde han för Iodaracing Project. 2012 körde Pasini i MotoGP-klassen enligt CRT-reglementet. Han körde en ART-motorcykel för Speed Master-teamet. Pengarna räckte inte för teamet säsongen ut så Pasini avslutade 2012 i Moto2 för Forward Racing. Han fortsatte hos samma team 2013 och 2014. Säsongen 2015 var han utan styrning och gjorde bara två inhopp som wildcard i Moto2 men från 2016 kör han åter på heltid i Moto2-klassen. Pasini kör en Kalex för Italtrans Racing Team. Han tog sin första seger i Moto2 genom att vinna Italiens Grand Prix på Mugello 4 juni 2017. Hans första Grand Prix seger sedan 2009. Pasini kom på sjätte plats i VM 2017. Han fortsatte i samma team säsongen 2018. Inledningen var bra med seger i Argentinas Grand Prix, men det blev inga fler pallplatser och en slutlig niondeplats i VM. Pasini hade svårt att finna en styrning till 2019.
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
