Jabarkan MotoGP dari Andrea Dovizioso

Musim 2008 ia beralih ke kelas MotoGP bersama tim JiR Honda Scot. Dovizioso menjani debut MotoGP di Losail, Qatar dengan selesai di posisi 4 setelah menyalip Valentino Rossi di putaran terakhir. Di balapan kedua di Jerez ia hanya selesai di urutan 8. Dan di balapan ketiga di Estoril, Portugal ia gagal menyelesaikan lomba. Di seri ke 7 di Catalunya, Dovi selesai di urutan 4 dan konsisten selesai di lima besar di empat balapan berikitnya. Ia selesai di urutan ke lima di Donington, Assen, Sachsenring, dan urutan ke 4 di Laguna Seca. Di seri Indianapolis ia kembali selesai di urutan 5, setelah sempat memimpin balapan selama satu putaran dengan kondisi lintasan basah. Ia meraih podium MotoGP pertamanya di Sepang, Malaysia dengan selesai di urutan tiga setelah terlibat pertarungan dengan Nicky Hayden.

Dan musim 2009 ia pindah ke tim pabrikan Honda, Repsol Honda. Ia mengawali debut di Repsol Honda dengan selesai di urutan 5 di GP Qatar. Di musim ini pula ia meraih kemenangan pertamanya di kelas MotoGP pada seri MotoGP Inggris di Donington Park. Berkat kemenangan ini ia bersama Valentino Rossi menjadi dua rider yang mampu menang di tiga kelas berbeda di sirkuit Donington yaitu di kelas 125cc, 250cc, dan kelas MotoGP. Ia mengakhiri musim di peringkat 6 klasemen dengan 160 poin dan 1 kemenangan.

Memasuki musim 2010, Dovizioso mengawali musim dengan luar biasa. Ia meraih 4 podium di lima seri pertama. Ia selesai ketiga di Qatar, Prancis, dan Italia. Serta runner up di Silverstone. Di seri ke-7 di sirkuit Catalunya ia bersaing ketat dengan Jorge Lorenzo untuk meraih kemenangan, sebelum akhirnya ia harus terjatuh di lap ke-11 dan akhirnya harus puas selesai di posisi 14. Ia meraih pole position pertamanya di kelas MotoGP di Motegi, Jepang. Di seri tersebut ia selesai di urutan kedua. Di seri berikutnya di GP Malaysia ia kembali selesai di urutan kedua setelah bertarung dengan Valentino Rossi hingga lap terakhir. Ia mengakhiri musim di urutan lima klasemen dan meraih 7 podium. Tanpa kemenangan sepanjang 2010 membuat nasib Dovizioso terancam di tim Honda. Apalagi pada pertengahan musim Repsol Honda telah mengumumkan bahwa Casey Stoner akan menjadi rider baru mereka di musim depan. Rekan setim Dovizioso, Dani Pedrosa sudah pasti bertahan karena tampil cukup impresif di musim 2010, meski akhirnya gagal menjadi juara dunia setelah mengalami cedera di sesi latihan di GP Jepang. Namun pada akhirnya Honda memutuskan untuk mempertahankan Dovizioso, dan Repsol Honda akan tampil dengan tiga pembalap untuk musim 2011.

Tim Repsol Honda tidak memperpanjang kontraknya untuk tahun 2012. Mulai musim 2012 ia hengkang ke Monster Yamaha Tech 3 bersama Cal Crutchlow. Pada Musim 2013, seiring hengkangnya Valentino Rossi dari Ducati dan kembali ke Yamaha Factory Racing, Dovizioso bergabung dengan Ducati.

Pada MotoGP musim 2017, Andrea Dovizioso menjadi kandidat kuat juara dunia bersaing dengan Marc Marquez. Namun sayang, pada GP Valencia Andrea Dovizioso harus terjatuh dan akhirnya gagal menyandang gelar juara dunia.

Pada musim 2022, Andrea dovisiozo kembali ke MotoGp bersama Petronas Yamaha