Kerjaya awal

Dilahirkan di Turin, Bagnaia sudah pun berjaya pada awalnya di Minimoto, kerana dia memenangi kejuaraan MiniGP Eropah pada 2009. Bagnaia membuat penampilan sulung kejuaraan pra-GP 125 Mediterranean bersama pasukan Monlau Competición pada 2010 dan menduduki tempat ke-2 dalam kejuaraan. Pada tahun 2011 beliau mengambil bahagian dalam Kejohanan Sepanyol dalam kategori 125cc, memenangi perlumbaan, dan menduduki tempat ketiga dalam kedudukan akhir.[4] Pada musim CEV Moto3 2012 dia menunggang Honda NSF250R dan sekali lagi menduduki tempat ke-3 dalam kejuaraan di belakang Álex Márquez dan Luca Amato, dengan kemenangan perlumbaan dan dua tempat ke-2 dalam tujuh perlumbaan.[5] Bagnaia telah direkrut untuk menjadi ahli akademi pelumba VR46, dan masih menjadi sebahagian daripada akademi itu sehingga hari ini.[6]