Der am 23. April 2004 geborene Diogo Moreira begann seine Karriere im Motocross, bevor er 2017 von Brasilien nach Spanien zog, um 2018 an der spanischen Moto4-Meisterschaft teilzunehmen. Diese beendete der Brasilianer auf Rang 2, woraufhin er 2019 im European Talent Cup antrat. Dort beeindruckte er mit einem Sieg in Jerez sowie zwei weiteren Podestplätze, die ihm Gesamtrang 6 einbrachten. In der Saison 2020 stieg Moreira in die Moto3-Junioren-WM auf und landete als Rookie auf einem beachtlichen zehnten Rang. Im Jahr 2021 wurde der KTM-Pilot für den Red Bull Rookies Cup auserwählt. Beim Auftakt in Portimao überraschte der Südamerikaner einmal mehr und feierte mit Platz 2 seinen ersten Cup-Podestplatz. Es folgten drei weitere Podiumsplatzierungen und ein sechster Gesamtrang, der Moreira für 2022 einen Platz bei MT Helmets – MSI in der Moto3-Weltmeisterschaft bescherte. In zwei seiner ersten drei Rennen fuhr er in die Top-6 und holte sich mit 112 WM-Punkten und Rang 8 den Titel "Rookie of the Year". 2023 blieb Diogo Moreira bei MT Helmets - MSI. In diesem Jahr erzielte er seinen ersten GP-Sieg. Dazu kamen zwei weitere Podestplätze. In der Gesamtwertung belegte der Brasilianer erneut Rang 8. Zur Saison 2024 stieg Moreira in die Moto2-Klasse auf. Im Italtrans-Racing-Team erlebte er eine solide Rookie-Saison, in der er sein erstes Moto2-Podest holte. In der Gesamtwertung belegte er Rang 13. 2025 trat Moreira erneut mit Italtrans in der Moto2-WM an. In der hart umkämpften Klasse konnte er konstant Top-Resultate erzielen. Er gewann vier Rennen und stand fünf weitere Male auf dem Podium. Am Ende setzte sich Moreira gegen Intact-Pilot Manuel Gonzalez durch und wurde mit 287 Punkten Weltmeister. 2026 bestreitet Diogo Moreira im LCR-Honda-Team seine Rookie-Saison in der MotoGP