2012年5月17日、ACミランのマッシミリアーノ・アッレグリ監督がシーズン終了後にフリーでのモントリーヴォ獲得が内定していると明らかにした。その後ミランが公式にASナンシーのバカイェ・トラオレとともにモントリーヴォの獲得を発表した。契約は2016年6月までとなる。2013年6月11日、退団が決定したマッシモ・アンブロジーニの代役として、ミランの主将に就任した。 2017-18シーズンからは新加入のレオナルド・ボヌッチに主将の座を譲ることになった。2018-19シーズンは出場機会が全くなく、シーズン終了後に契約満了で退団した。その際に自身への待遇の悪さを理由にミランに不満をぶつけている。
2003-04シーズンに、当時セリエBに所属していたアタランタにおいて、18歳でプロデビューを果たす。41試合に出場、4得点を挙げ18歳にしながらチームの主力選手として活躍している。同シーズンを5位で終えたが、セリエAの登録クラブが20チームに増えたことで、クラブはセリエAに昇格する。昇格後2004年9月12日に行われた対レッチェ戦において19歳でセリエAデビューを果たす。しかしチームは2004-2005シーズンを最下位で終えクラブはセリエA残留を果たせなかった。これは当時のチーム事情が原因であり、モントリーヴォが責任を問われることはなかった。19歳にしながら32試合出場3得点と、トップリーグデビュー1年目からレギュラーとして活躍したモントリーヴォの評価は高く、彼のポテンシャルに多くのクラブが注目することになった。
アタランタBCの下部組織でサッカーの基礎を学ぶ。アッリエーヴィ（17歳以下が所属するカテゴリ）在籍時の2002年にはジャンパオロ・パッツィーニ、ミケーレ・カニーニらと共にカンピオナート・アッリエーヴィ・ナツィオナーリに優勝する。また17歳時には飛び級でプリマヴェーラ（主に18歳～20歳以下が所属するカテゴリ）にも所属し、当時からその才能は注目を集めていた。
アタランタBC下部組織出身のイタリア人選手。技巧的なプレースタイルから、ジャンカルロ・アントニョーニやマヌエル・ルイ・コスタなどのファンタジスタと比較される。20歳から在籍していたACFフィオレンティーナでは2010年よりキャプテンを務め、バンディエラ候補に挙げられていた。。各アンダー世代のイタリア代表にも招集されており中心選手の1人として活躍した。2007年10月7日に所属クラブでの活躍が認められフル代表に招集、このシーズンのセリエA最優秀若手賞（オスカル・デル・カルチョ）に選ばれている。
最先端技術を盛り込んだ高性能な、かつ派手ではない落ち着いた雰囲気の市販車を顧客に提供することを第一に掲げていたレクサスは、資金を研究開発に費やしていたためモータースポーツにおいて、レクサスブランドを標榜したワークス活動はほとんどしてこなかった。しかし21世紀に入ってからは性能一辺倒だけでなく高級車に不可欠なブランド力を高めるため、積極的にモータースポーツへ関わっている。1999年にグランダム・ロードレーシングが主催するモトローラカップ（現在のCTSC）のスポーツクラスに、チームレクサスとして2台のGS400を投入したのが、最も古いレクサスのワークス活動である。2001年にはBTCCでプライベーターがIS200を採用している。2004年からはデイトナ24時間レースに代表されるロレックス・スポーツカー・シリーズ（グランダム）にエンジン供給を開始。2006〜2008年にチップ・ガナッシ・レーシングがデイトナ24時間を3制覇する成功を収めている。また2008年にはシリーズのドライバーズタイトルも制した。2005年のニュルブルクリンク24時間レースには、ハイブリッドカーのSUVであるRX400hを参戦させて注目を集めた。2008年には豊田章男率いるGAZOOレーシングが、プロトタイプの開発を目的としてLF-Aでニュルブルクリンク24時間レースに参戦。以降VLN（ニュル耐久シリーズ）を含めたニュルのレースにIS250、IS F、CT200h、RC、RC F、LFA Code Xなどを投入し、現在に至るまで参戦を続けている。日本においてはレクサス店が本格的に展開を開始した頃の、2006年からのトヨタブランドでのSUPER GT・GT500活動をレクサスブランドのSC430に切り替えた。SC430は2013年までに3度のドライバータイトル、4度のチームタイトルを獲得した。2014年からのSUPER GT・GT500クラスは、ドイツツーリングカー選手権との車両規格統一に伴う新車両規定導入に合わせる形で、ベース車両をこれまでのSC430からRC Fに変更し、2016年にドライバー・チームの2冠に輝いた。2017年からはLC500に変更して参戦し、2年連続で2冠を獲得した。しかし2020年から再びトヨタ・スープラに戻すことが決まったため、レクサスでのGT500活動は2019年限りとなる。GT300クラスでは2009年にウェッズスポーツがIS350で2冠を獲得した以外は目立った動きはなかったが、2015年からFIAのグループGT3規定のRC Fも開発して参戦を開始。FIAのホモロゲーションを取得した2017年には米IMSA、欧州GTオープン、ブランパンGTシリーズでもセミワークス参戦を開始し、それぞれで優勝を挙げている。ワークス活動以外では、スーパー耐久やドリフトでもレクサスを見ることができる。D1仕様のSC430が東京オートサロン2008に登場、ハチロクの後継として2008年シーズンお台場戦からDRoo-Pより吉岡稔記が乗っている（V8の3UZ-FEから、直4の3S-GEに載せ替え、エアロはトムスになっている）。またSUPER GT・GT300クラスにも2008年よりRACING PROJECT BANDOH・TEAM TAKEUCHIがIS350を用いて参戦している。2010年から前年までヴェロッサ で参戦していた廣田友和がGS350改でD1に参戦している。ワンメイクレースとしては、インタープロトシリーズと併催されているCCS-R（IS-Fのサーキット専用仕様）レースがある。自動車以外ではレッドブル・エアレース・ワールドシリーズに参戦する室屋義秀とサポート契約を結び、2016年からは日本大会におけるナショナルパートナーとしてオフィシャルカーを提供している。室屋はレクサスが参戦するレースにおいて、レクサスのロゴを掲示したエクストラ EA-300SCでのデモ飛行を行っている。室屋は2017年に同シリーズでワールドチャンピオンとなった。