Cecotto begon als motorsporter, werd nationaal kampioen van Venezuela in 1973 en 1974, en reed vervolgens internationale wedstrijden. In de Daytona 200 van 1975 reed hij op een ongemodificeerde Yamaha TZ750, die werd gesponsord door de importeur. Als laatste gestart wist hij als derde te eindigen.
Vervolgens kwam Cecotto uit in het wereldkampioenschap wegrace, in de 250cc en 350cc klasse. Hij verbaasde vriend en vijand door zijn eerste races in beide klassen te winnen tijdens de eerste races van dat seizoen in Frankrijk. Op negentienjarige leeftijd was hij de jongste wereldkampioen ooit, en onttroonde daarbij Giacomo Agostini.
Vanaf 1976 kwam hij opnieuw uit in Daytona, en boekte daar successen. In het wereldkampioenschap wegrace moest hij echter Walter Villa voor laten gaan. In 1977 raakte hij vroeg in het seizoen betrokken bij een ernstig ongeval in de GP van Oostenrijk, welk ongeval de Zwitser Hans Stadelmann het leven kostte.
Zijn pogingen om ook in de 500cc klasse - de tegenwoordige MotoGP - succes te behalen lukten minder goed, zijn beste prestatie was een derde plaats in de eindstand van 1978. In de jaren tot 1980 had hij te maken met diverse valpartijen met blessures als gevolg. Na het seizoen van 1980 besloot hij te stoppen met motorsport, en in de autosport verder te gaan.
Wereldkampioenschap wegrace resultaten
(Races in vet zijn polepositions; races in cursief geven de snelste ronde aan, punten (tussen haakjes) zijn inclusief streepresultaten)