Nació el 29 de septiembre de 1985, en Sabadell, aunque creció en el también municipio barcelonés de Castellar del Vallès. Aficionado desde niño a las motocicletas, a los doce años de edad ya participaba en competiciones de minimotos. Fue descubierto para este deporte por el director de equipo y ex piloto español Alberto Puig, el cual se fijó en él durante una multitudinaria prueba de selección de jóvenes pilotos efectuada en el madrileño circuito del Jarama, en enero de 1999. Dirigido por Puig, el debut de Pedrosa en el Campeonato del Mundo de motociclismo se produjo en el Gran Premio de Japón de 2001, a los mandos de una Honda de 125cc. Esa misma temporada, subió por primera vez al podio, en el Gran Premio de la Comunidad Valenciana. Al año siguiente, en el Gran Premio de Holanda, disputado en el circuito de Assen, consiguió su primera victoria. En 2002, sumó nueve podios (tres victorias, tres segundos puestos, y tres terceros) y sus 243 puntos le valieron para ser tercero en la clasificación final de pilotos de 125 centímetros cúbicos.