Pada 2015, pemuda yang mengidolakan Valentino Rossi itu berhasil menembus kejuaraan CEV Moto3, kejuaraan nasional di Spanyol untuk kelas junior, bersama tim Leopard Racing. Mir menyatakan awal karirnya tak berjalan mulus karena terjadi banyak perubahan di dalam tim.
"Terima kasih kepada Paco Sanchez, manajer saya saat ini, yang membantu saya untuk terus maju dan melanjutkan pembelajaran saya."
Sukses menyabet empat kali juara dari enam balapan, Joan Mir mendapatkan kesempatan untuk menjajal kejuaraan FIM Moto3 pada seri MotoGP Australia 2015 di Sirkuit Philip Island. Saat itu dia menggantikan pembalap tim Leopard Racing, Hiroko Ono, yang cedera
"Itu balapan yang brutal dan saya terjatuh. Saya memulai balapan dari posisi ke-15 dan saya berhasil menembus kelompok terdepan hingga menduduki posisi keempat (sebelum kemudian terjatuh)," kata Mir.
Setahun kemudian dia pun menjadi pembalap tetap di Leopard Racing. Berhasil tiga kali naik podium, Joan Mir sukses meraih gelar pembalap pendatang baru terbaik Moto3 (rookie of the year) dengan menduduki posisi kelima klasemen pembalap musim itu.
Semusim berselang, Joan Mir tampil lebih dominan. Dia menang 10 kali dari 18 balapan. Selain itu Mir juga berhasil naik podium pada tiga balapan lainnya dan menyabet juara dunia Moto3 2017.
"Saya nyaris mengalahkan rekor Rossi saat itu... luar biasa," kata Mir.