La temporada de 2004 del Campionat del món de motociclisme fou la 56a edició d'aquest campionat, organitzat per la FIM. Valentino Rossi va guanyar després del pas d'Honda a Yamaha. Malgrat que HRC no li va permetre d'entrenar amb la nova moto fins al final de contracte, el 31 de desembre de 2003, Rossi va canviar d'equip i es va proclamar novament campió, cosa que ningú no havia aconseguit des d'Eddie Lawson. Yamaha obtenia el títol després de 10 anys de domini quasi total d'Honda. Sete Gibernau va rivalitzar al principi amb Rossi pel títol, però a poc a poc l'italià va anar guanyant terreny fins a proclamar-se campió per quart anys consecutiu.
En 250ccDani Pedrosa obtenia el títol en el seu primer any a la categoria, convertint-se en el pilot més jove a obtenir el títol en aquesta categoria amb poc més de 19 anys.