Débutant en 125 cm³ en 1999, il finit dès 2001 3e du championnat du monde 125 cm3. Passé en 2002 en 250 cm3 ; il remporte son premier grand prix dans cette catégorie en fin de saison dans le grand prix du Pacifique. L'année suivante, il finit une nouvelle fois 3e du championnat du monde, remportant au passage cinq grand prix.
Il remporte un nouveau grand prix en 2004 avant de passer pour la saison 2005 dans la catégorie reine de la MotoGP, dans la même équipe que Marco Melandri chez Honda.
En remportant le 2e Grand Prix de l'histoire de la Moto2 à Jerez lors du GP d'Espagne, Toni Elias rejoint ainsi le cercle très fermé des pilotes ayant gagné dans 4 catégories différentes dont font partie par exemple : Mike Hailwood, Phil Read ou encore Jim Redman.