Moto3
En 2012, se produjo el cambio de las motos de dos tiempos a las de cuatro tiempos. Gracias a dos victorias y dos segundos puestos, consigue alzarse con el título de campeón a falta de una prueba por disputar.
Moto3
2012, el debut
Debuta en el Mundial en el año 2012 con una Suter-Honda, realizando tres wildcards con el equipo Estrella Galicia 0,0 y consiguiendo su mejor resultado en Montmeló donde finaliza sexto haciendo la vuelta rápida de carrera. Además realiza la segunda parte del Mundial en el equipo italiano Ambrogio Next Racing como sustituto del piloto italiano Simone Grotzkyj. Finaliza el campeonato en la 20.ª posición con 27 puntos.
2013, rookie del año
La temporada 2013 fue la primera temporada completa de Álex en el Mundial de Moto3. Con una KTM en el equipo Estrella Galicia 0,0 y teniendo como compañero de equipo a Álex Rins, consigue finalizar siempre en el top 5, exceptuando COTA donde abandona y Jerez donde sufre una caída en la primera vuelta. Consigue su primer podio en Indianápolis al quedar segundo por detrás de Rins y su primera victoria en Japón tras adelantar a Maverick Viñales en la última vuelta. Finaliza la temporada en la cuarta posición con 213 puntos, una victoria y 5 podios que le sirven para llevarse el premio al mejor debutante del año.
2014, campeón del mundo
En la temporada 2014 continúa en el Estrella Galicia 0,0 con Álex Rins de compañero pero pilotando una Honda. Tras una lucha durante toda la temporada con KTM y el australiano Jack Miller, gracias a una gran regularidad que incluye 3 victorias y 10 podios, Álex consigue el título de campeón del mundo de Moto3 en la última carrera de Valencia por 2 puntos gracias a un tercer puesto a pesar de que Miller gana la carrera.
Moto2
En el año 2015, tras haber sido coronado campeón del mundo de Moto3 en el año 2014, da el salto a la categoría de Moto2 en el equipo EG 0,0 MarcVDS al mando de una Kalex.
2015 y 2016, comienzos difíciles
2015 fue un año de adaptación para Álex. No resultó nada fácil y contó con dos cuartos puestos como su mejor resultado. Terminó el campeonato en la decimocuarta posición con 73 puntos.
En 2016 continuaron los problemas. Comenzó la temporada cayéndose en seis de las primeras siete carreras y fue incapaz de encadenar más de dos carreras seguidas sin caerse. Aun así, consigue su primer podio en la categoría en Aragón donde finaliza segundo por detrás de Sam Lowes.
2017 y 2018, la consolidación
Tanto en 2017 como en 2018 Álex era considerado favorito al título al inicio de temporada. A pesar de que sus resultados mejoraron, pues salvo en Alemania 2018 todas las carreras que finalizó sin caerse lo hizo dentro del top 7, consiguiendo tres victorias, todas en 2017, y 10 podios, 4 en 2017 y 6 en 2018; las caídas, 5 cada temporada, hicieron que no pudiese luchar por el campeonato ninguno de los dos años. Con 201 puntos en 2017 y 173 en 2018, terminó cuarto del Mundial cada una de las dos temporadas.
2019, campeón del mundo
La temporada 2019 se introducen cambios significativos en la categoría de Moto2. Se produce la llegada del motor Triumph de 3 cilindros y 765cc que sustituye al motor Honda de 4 cilindros y 600cc. Claro favorito al título, Álex comienza la temporada yendo de más a menos en carrera a pesar de conseguir un podio en Argentina. La llegada de unos nuevos neumáticos Dunlop a partir de Jerez cambia por completo la temporada de Álex. Pese a terminar 24.º en esa carrera, debido a tener que salir desde el pit lane con la moto dañada tras no poder esquivar la moto de Remy Gardner en la salida de la primera carrera, muestra un gran ritmo todo el fin de semana. Sube al podio en 8 de las siguientes 10 carreras, incluidas 5 victorias. Dos caídas cuando lideraba, una provocada por Lorenzo Baldassarri en Assen a falta de tres vueltas para el final y otra en Silverstone, junto al gran estado de forma del sudafricano Brad Binder (5 victorias y 9 podios en las últimas 12 carreras) hacía llegar el mundial abierto a la gira asiática. A pesar de sufrir en Tailandia, Japón y Australia, se proclama campeón del mundo en Malasia tras finalizar la carrera en segunda posición.
MotoGP
Mediada la temporada 2018, aparecen los rumores de un posible salto de Álex a MotoGP para la temporada 2019, bien en el nuevo equipo satélite de Yamaha o en el Reale Avintia Racing. Como ninguno fructifica, el primero de ellos debido a la intervención-veto del director de Yamaha Lin Jarvis a los Márquez, Álex renueva con el EG 0,0 MarcVDS por una temporada más. Los rumores vuelven a aparecer durante la temporada 2019, donde esta vez se relaciona a Álex con el equipo Pramac Ducati. Una vez está claro que no hay ninguna plaza de calidad disponible en la parrilla 2020 de MotoGP, Álex renueva una temporada más en Moto2 con el equipo EG 0,0 MarcVDS y se marca como objetivo ganar dos mundiales de Moto2 de manera consecutiva.
Todo cambia en el Gran Premio de Valencia. Jorge Lorenzo anuncia su retirada del motociclismo, dejando una plaza libre en el equipo Repsol Honda. Cal Crutchlow, Johann Zarco y Álex como campeón del mundo de Moto2 se diputan esa plaza. El 18 de noviembre de 2019 se anuncia que Álex correrá en el equipo Repsol Honda HRC junto a su hermano Marc Márquez en la temporada 2020.
En la temporada 2020 consiguió subirse dos veces al podio; el 11 de octubre en Francia (se trata de su primer podio en MotoGP) y el 18 de octubre en Aragón.
En la temporada 2021 está corriendo para el Team LCR de Lucio Cecchinello y su antiguo asiento en el equipo Repsol Honda Team está ocupado por Pol Espargaró Villà.
Resultados
Campeonato del mundo de motociclismo
Sistema de puntuación de 1993 hasta 2022:
Sistema de puntuación desde 2023 en adelante:
Por temporada
* Temporada en curso.
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