Joan Mir va començar a córrer a deu anys amb minimotos. Entre el 2008 i el 2011 va córrer a les Illes Balears i hi va guanyar els campionats de minimoto i minimotard i la Bankia Cup. El 2013 va passar a córrer a la MotoGP Rookies Cup, on quedà novè aquell any i segon el 2014.[3] El 2015 va competir al campionat FIM CEV Moto3, on acabà quart.[4]
El 2017 es mantingué al mateix equip que la temporada anterior, però ara amb una Honda NSF250R i amb Livio Loi de company. Va començar el mundial amb dues victòries (Gran Premi de Qatar i Gran Premi de l'Argentina). El 22 d'octubre, al circuit de Phillip Island, va aconseguir la victòria i es va proclamar campió del món de Moto3 dues curses abans del final del campionat.[8]
El 2018 va passar a Moto2 pilotant una Kalex de l'equip Marc VDS Racing, on tingué de company Àlex Márquez. Va obtenir dos segons llocs (Alemanya i Austràlia) i dos de tercers (França i Itàlia) i va acabar la temporada en la sisena posició.
MotoGP
Suzuki (2019-2022)
El 2019, Mir va passar a MotoGP després de fitxar per Suzuki com a company d'equip d'Àlex Rins.[9] El seu millor resultat aquell any va ser un cinquè lloc a Austràlia i va acabar la temporada al dotzè lloc. Aquella temporada es va haver de perdre els Grans Premis d'Àustria i Gran Bretanya a causa d'una contusió pulmonar patida en uns entrenaments previs al circuit de Brno.
El 2020 continuà amb Suzuki. El 16 d'agost va aconseguir el seu primer podi de MotoGP a Àustria, on fou segon. Va ser tercer al Gran Premi de San Marino i després va encadenar dos segons llocs. Gràcies a la tercera posició al Gran Premi d'Aragó, va passar a liderar la classificació provisional del campionat. A Terol va quedar tercer i va guanyar el Gran Premi d'Europa a Xest -la seva primera victòria a MotoGP.[10] En la segona cursa celebrada al circuit valencià va aconseguir la setena posició, cosa que el va permetre de proclamar-se campió del món de MotoGP[11] en el seu segon any a la màxima categoria.[12]
El 2021 continuà amb Suzuki. Va obtenir dos segons llocs (Estíria i Algarve) i quatre de tercers (Portugal, Itàlia, Països Baixos i Aragó). Va acabar la temporada en tercer lloc final.[13]
El 2022 es va haver de perdre quatre Grans Premis a causa d'una lesió,[14] sent substituït a l'equip per Kazuki Watanabe i Danilo Petrucci,[15] fins que va tornar per al Gran Premi d'Austràlia. Va acabar la temporada en el quinzè lloc final.[16]
Honda (2023-actualitat)
A l'agost del 2022, Mir va fitxar per l'equip Repsol Honda de cara a la temporada del 2023. El seu contracte era per dos anys i al primer va tenir Marc Márquez com a company.[17] Durant el seu primer campionat amb HRC va demostrar estar en un moment de forma per sota de les expectatives i, a més, va patir algunes lesions. El seu millor resultat de la temporada va ser el cinquè lloc al Gran Premi de l'Índia i va acabar el campionat en la vint-i-dosena posició.[18]
El juny de 2024, Honda li va renovar el contracte per a dues temporades més.[19]