Il Motomondiale, attualmente, si articola in 3 diversi classi, differenziate in base alla cilindrata e alla tipologia di motore del veicolo. Partecipano alla MotoGP, il livello più prestigioso del campionato internazionale, le moto con cilindrata fino a 1000 cc e motore a quattro tempi. Nella Moto2, il limite di cilindrata del motore, sempre a quattro tempi, è fissato a 600 cc, mentre, infine, gareggiano nella Moto3 le due ruote che montano motori a quattro tempi monocilindrici fino a 250 cc.
Diverse le classi storiche, soppresse nel corso del tempo, di pari passo con l'evoluzione dei motori e l'incremento della loro potenza. Tra le categorie più longeve, è possibile ricordare la Classe 250, in vigore per 60 anni dal 1949 al 2009, alla quale prendevano parte moto con motore mono o bicilindrico a 2 o a 4 tempi e cilindrata fino a 250 cc, la Classe 500, disputata dal 1949 al 2001, e la Classe 350, tenutasi ufficialmente dal 1949 al 1982. Da menzionare anche la Classe Sidecar, nella quale gareggiano veicoli con cilindrata fino a 500 cc con motore a 2 o a 4 tempi, in vigore dal 1949 al 1996 e successivamente confluita nel Campionato Superside.
Il Motomondiale si articola in 19 Gran Premi (nonostante storicamente il numero complessivo della gare sia variato più volte), ciascuno ospitato da un circuito dislocato in 19 paesi diversi. Ogni Gran Premio si svolge nel corso delle tre giornate di weekend (venerdì, sabato, domenica) da marzo a novembre. Il venerdì è dedicato allo svolgimento delle prove libere (due sessioni da 40 minuti ciascuna per la Moto3, due sessioni da 45 minuti per la Moto2 e due sessioni da 45 minuti per la MotoGP), valide per l'accesso alla sessione di qualifica Q2. Il sabato mattina si svolgono le prove libere seguendo lo stesso schema del giorno precedente, mentre il pomeriggio hanno luogo le qualificazioni ufficiali. Infine, la domenica mattina si tengono i warm up, della durata di 20 minuti, e nel pomeriggio le gare di MotoGP, Moto2 e Moto3, ciascuna della durata di circa 45 minuti, per un numero di giri che varia in funzione della categoria considerata.
Il sistema di punteggio, la cui revisione più recente risale al 1993, prevede l'assegnazione di un numero di punti decrescente e variabile a seconda della posizione raggiunta dai singoli piloti al termine della gara. Il primo classificato si aggiudica 25 punti, il secondo 20, il terzo 16, fino al quindicesimo classificato, al quale viene assegnato un solo punto. A fine stagione, conquista il titolo di Campione Mondiale della classe di appartenenza il pilota ad aver totalizzato il punteggio maggiore. L'altro importante premio assegnato al termine del Motomondiale, il Titolo Costruttori, va invece alla casa motociclistica che totalizza il maggior numero di punti, considerando però solo quelli guadagnati con il miglior piazzamento (tra i due piloti in gara per ogni team) per ciascun Gran Premio.
La prima edizione ufficiale del Motomondiale si tiene nel 1949: denominata inizialmente "Campionato mondiale di velocità" ed organizzata dalla Federazione Internazionale dei Club Motociclisti, quell'anno la competizione coincide con il Tourist Trophy, che ha luogo dal 13 al 17 giugno sul circuito dell'Isola di Man nel Regno Unito. In tutto, partecipano alle gare 35 piloti suddivisi nel tre categorie dell'epoca. A conquistare la vittoria della Classe 500 è Harold Daniell, su moto Norton.
Nel corso degli anni, il numero dei circuiti lungo i quali si svolgono le gare del Motomondiale supera i 70. Tra quelli italiani, spiccano l'Autodromo di Monza e i due tracciati lungo i quali si svolge attualmente il Gran Premio: il Circuito del Mugello e il Misano World Circuit Marco Simoncelli, dedicato al giovane motociclista italiano scomparso in un incidente su pista nel 2011.
Dall'istituzione del Motomondiale, l'Italia risulta il paese a vantare il maggior numero di case motociclistiche insignite della vittoria, nonché, complessivamente, la conquista di più titoli mondiali. Inoltre, sono italiani i piloti ad essersi aggiudicati il numero maggiore di podi e di vittorie nei singoli Gran Premi. Giacomo Agostini spicca tra i piloti più titolati dell'intera storia del Motomondiale: nel corso della sua carriera, il grande campione conquista la vittoria di 123 gare e di 15 Mondiali, aggiudicandosi consecutivamente i titoli nella Classe 500 dal 1966 al 1972 e nella Classe 350 dal 1968 al 1974.
Ruolo da protagonista nel Motomondiale a partire dai primi anni Duemila anche per Valentino Rossi, vincitore della MotoGP dal 2002 al 2005 e poi, nuovamente, nel 2008 e nel 2009, nonché della Classe 500 nel 2001, della Classe 250 nel 1999 e della Classe 125 nel 1997, titoli che consegnano al motociclista il primato di unico pilota ad aver conquistato la vetta di 4 diverse categorie nel corso della sua carriera.
