Pecco mengawali kariernya di ajang balap Moto3 bersama San Carlo Team Italia. Ia menunggangi NSF250R untuk berlaga selama satu musim di ajang tersebut. Pada debut grand prix perdananya di Sirkuit Internasional Losail, Pecco gagal tampil maksimal, ia hanya berhasil finis di urutan ke-23.

Di seri-seri selanjutnya pun Pecco tak berhasil menunjukkan kemampuan terbaiknya. Musim pertamanya di Moto3 harus diwarnai dengan berbagai kegagalan. Ia bahkan tak berhasil meraih satu pun poin dari 12 seri yang dilakoni.

Pada musim berikutnya, Pecco mencoba bangkit, ia juga beralih ke Sky Racing Team VR46 dengan menunggangi motor KTM. Meski sedikit ada peningkatan, performa Pecco tetap tidak cukup untuk mendongkraknya ke posisi 10 besar. Ia hanya menempati posisi ke-16 di akhir musim dan tak berhasil menaiki satu pun podium selama satu musim balapan.

Performa Pecco baru menunjukkan peningkatan kala memasuki musim keempatnya di Moto3. Ia berhasil meraih dua kali podium pertama dan beberapa kali meraih posisi tiga besar di musim 2016. Dengan performanya yang konsisten, Pecco mampu mengakhiri musim di peringkat keempat sekaligus membawa dirinya promosi ke Moto2 di musim selanjutnya.

Meski sempat terseok-seok kala mengarungi Moto3 di musim perdana, Pecco mampu belajar dari kesalahan yang ada. Ia mampu melanjutkan performa terbaiknya di musim pertamanya di Moto2. Bersama Sky Racing Team VR46, ia cenderung tampil konsisten dan hampir selalu finis di peringkat 10 besar.

Pecco juga dianugerahi penghargaan Rookie of The Year atau pembalap pendatang terbaik pada akhir musim 2017 meskipun di akhir musim hanya menempati posisi kelima. 

Musim selanjutnya, Pecco tampil menggila, ia tampil konsisten di seluruh seri yang dilakoni pada 2018. Menunggangi motor Kalex 2, Pecco akhirnya mengukuhkan diri sebagai jawara anyar di musim itu. Gelar juara dunia itu sekaligus menjadi yang pertama bagi Pecco selama berkarier di ajang profesional. 

Pasca meraih gelar juara dunia Moto2, Pecco langsung naik kelas ke MotoGP pada 2019. Ia bergabung bersama tim satelit Ducati, Pramac Racing. 

Musim perdananya di MotoGP itu ia manfaatkan untuk beradaptasi dengan motor anyarnya yang memiliki kapasitas mesin besar. Ia tidak menargetkan juara dunia ataupun meraih posisi 10 besar pada akhir klasemen musim tersebut.

Kini, pasca beradaptasi dengan baik selama dua musim, Pecco dipromosikan menjadi pembalap utama Ducati Lenovo Team pada 2021. Ia dinilai mampu bersaing dengan pembalap hebat seperti Fabio Quartararo, Joan Mir, hingga Marc Marquez yang baru saja kembali dari cedera.

Dari beberapa seri awal yang sudah terlaksana, Pecco mampu menunjukkan peningkatan yang pesat. Meski belum meraih podium pertama, ia berhasil meraih podium kedua hingga ketiga pada beberapa seri yang dilakoni.

Hingga seri keempat, Pecco mampu memimpin klasemen sementara MotoGP 2021. Ia diyakini mampu menjadi salah satu kandidat juara MotoGP 2021 apabila penampilannya terus konsisten hingga akhir musim. Apabila hal tersebut terjadi, Pecco dapat mengikuti jejak Joan Mir yang mampu memutus dominasi pabrikan Yamaha dan Honda.