Dopo aver debuttato nelleminimotonel2003e aver partecipato a diversi trofei a livello nazionale,[1]nel2010esordisce nella classe 125GP delcampionato italiano velocitàcon unaApriliadel team Ellegi Racing, finendo al 13º posto; prende parte anche all'europeoin gara unica dove chiude quattordicesimo. Nel2011corre nello stesso campionato con il team Gabrielli, concludendo al secondo posto in classifica con quattro vittorie all'attivo. Nello stesso anno partecipa alla stessa classe delcampionato spagnolo velocità,piazzandosi in 7ª posizione generale,[2]e vince la prova unica disputatasi sulcircuito spagnolo di Albacete,valida per iltitolo europeo.[3]
Nel2016rimane nello stesso team, con compagni di squadraAndrea MignoeNicolò Bulega.Ottiene una vittoria nel Gran Premio delle Americhe, un secondo posto in Francia e una pole position in Italia. Non prende parte alGP d'Austriain quanto sospeso dalloSKY Racing Team VR46per divergenze con la squadra stessa.[5]A seguito della sospensione, il 18 agosto loSKY Racing Team VR46annuncia la scissione del rapporto con Fenati, al suo posto viene designato, a partire dal GP di Gran Bretagna,Lorenzo Dalla Porta.[6]I punti ottenuti nella prima parte di stagione gli consentono di chiudere al decimo posto in classifica piloti.
Il 10 settembre 2016 il team Ongetta Rivacold Racing annuncia di aver trovato un accordo con il pilota ascolano per correre ancora nel mondiale Moto3 nel2017.[7]
La stagione 2017 inizia con un quinto posto in Qatar e un settimo in Argentina, seguiti dal ritorno sul gradino più alto del podio nel Gran Premio delle Americhe ad Austin. In Spagna, a Jerez, ritorna sul podio con il secondo posto alle spalle diArón Canet.Poi ottiene quattro secondi posti consecutivi, (Catalogna, Olanda, Germania e Repubblica Ceca) per poi ritornare a vincere nel GP di San Marino e successivamente in Giappone. Chiude la stagione al secondo posto in classifica piloti con 248 punti ottenuti.
Nel2018passa inMoto2,alla guida della Kalex del teamMarinelli Snipers.Durante lagara di Misanodel 9 settembre, si rende autore di varie schermaglie conStefano Manzi,affiancandolo in rettilineo e afferrando il freno della sua moto mentre i piloti stanno viaggiando ad oltre200km/h.[8]L'azione compiuta causa l'esposizione della bandiera nera e l'immediata squalifica, estesa anche alle due gare seguenti.[9]Il giorno successivo, sia la Snipers che laMV Agusta(rispettivamente team attuale e futuro), rescindono i contratti delle stagioni 2018 e 2019 per il fatto controverso.[10]Il tribunale federale dellaFMIgli revoca inoltre la licenza (contestando la violazione dell'articolo 1.2 del Regolamento di Giustizia); a seguito di tali avvenimenti, il pilota decide di abbandonare l'attività agonistica per tornare al lavoro nella ferramenta di famiglia.[11]
Nonostante le precedenti dichiarazioni, nel novembre seguente è annunciato il ritorno di Fenati alle corse dalla stagione2019con il team VNE Snipers che lo aveva licenziato due mesi prima, ma tornando inMoto3.[12][13][14]Il compagno di squadra èTony Arbolino.Torna alla vittoria in occasione delGran Premio d'Austria.[15]Chiude la stagione al 16º posto con 76 punti. In questa stagione è costretto a saltare alcuni Gran Premi a causa della frattura dello scafoide della mano sinistra rimediata nelle qualifiche del GP di San Marino.
Nel2020corre con laHusqvarnadelMax Racing Team,conAlonso Lópezcome compagno di squadra. Ottiene la prima vittoria dell'anno in Moto3 nelGran Premio dell'Emilia Romagna,corso a Misano il 20 settembre 2020. Chiude la stagione al 14º posto con 77 punti. Nel2021rimane nello stesso team, con compagno di squadraAdrián Fernández.Ottiene una vittoria in Gran Bretagna,[16]un secondo posto inSpagna,due terzi posti (OlandaeStiria) e tre pole position (Austria, Gran Bretagna e San Marino) e termina la stagione al quinto posto con 160 punti.[17]
Nel2022si sposta nuovamente in Moto2, ingaggiato dal teamSpeed Up;dopo sei gare, viene licenziato, il pilota viene sostituito daAlonso López.[18][19]I punti ottenuti gli consentono di chiudere al ventisettesimo posto in classifica.[20]Nel2023torna nuovamente in Moto3, gareggia per il teamRivacold Snipers,il compagno di squadra èMatteo Bertelle.Pur dovendo saltare alcune gare per infortunio,[21]raccoglie trentacinque punti che gli consentono di classificarsi ventesimo in campionato.[22]