Matteo Nannini begann 2010 im Alter von sechs Jahren im Kartsport.[1] Nannini nahm an diversen nationalen Meisterschaften teil und gewann 2012 sein erstes Kartrennen und im Jahr 2014 mit der Trofeo Academy Championkart seine erste Kart-Meisterschaft. 2015 wechselte Nannini von 50-cm³-Karts auf 125 cm³, jedoch wurde für Nannini eine besondere Ausnahme getätigt, da er noch zu jung wäre.[1] 2016 gewann Nannini die Trofeo dei Campioni sowie den ROK Cup Italy.[2] 2016 schrieb sich Nannini erstmals an der Kart-Weltmeisterschaft im bahrainischenSakhir ein, schied jedoch schon in den Vorrunden aus.[4] 2017 nahm er an der Kart-Europameisterschaft teil und beendete die Saison auf Platz 37 von insgesamt 71 teilnehmenden Rennfahrern.[5] In diesem Jahr nahm Nannini auch an dem WSK Champions Cup sowie der WSK Super Master Series teil, belegte jedoch bei beiden Rennserien die hinteren Plätze.[6][7] In den acht aktiven Jahren im Kartsport nahm Nannini an 98 offiziellen Kart-Meisterschaftsrennen teil und gewann davon 30 Rennen.[8]
2018 nahm Nannini erstmals an Testfahrten mit einem Formel-4-Rennwagen teil und wechselte so in den Nachwuchs-Formelsport.[1] 2019 trat Nannini in vier verschiedenen Rennserien an, darunter zwei Formel-4 -und zwei Formel-3-Meisterschaften. Bei der spanischen Formel-4-Saison trat er nur beim ersten Rennwochenende am Circuito de Navarra an und verpasste bei den ersten beiden Rennen nur knapp das Podest; beim dritten Rennen schied er aus.[9] In den Vereinigten Arabischen Emiraten gewann Nannini mit 68 Punkten Vorsprung auf Joshua Dürksen die Meisterschaft, Nannini gewann während der Saison sieben Rennen und stand 16 Mal von insgesamt 20 gefahrenen Rennen am Podium.[10] Bei der Formula Regional European Championship nahm Nannini an fünf von insgesamt acht Rennwochenenden teil und platzierte sich regelmäßig in den Punkten.[11] Zum Abschluss des Formel Renault Eurocups trat Nannini als Gaststarter am Yas Marina Circuit in Abu Dhabi an und erreichte Platz zehn und fünf.[12] Nach diesen beiden Rennen nahm Nannini an den von Renault für die Rookies des Eurocups organisierten zwei kollektiven Testtage teil und erzielte dabei jeweils die schnellsten Rundenzeiten.[1]
2020 stieg Nannini endgültig in die Formel-3-Kategorie auf und trat neben der FIA-Formel-3-Meisterschaft erneut für ein Rennwochenende in Montmeló an der Formula Regional European Championship an. Dabei erzielte er die Positionen neun, acht und sechs.[13] Bei der im Rahmenprogramm der Formel 1 ausgetragenen Formel-3-Meisterschaft erhielt Nannini einen Platz beim Schweizer Rennstall Jenzer Motorsport.[14] Nannini erreichte nur bei den beiden Rennen in Montmeló die Punkte; das Sprintrennen beendete der Italiener auf dem dritten Platz während er im Hauptrennen auf Platz zehn ins Ziel ging.[15]
↑f4uae.com: Overall championship points. F4 UAE, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 23. November 2020; abgerufen am 12. Februar 2021 (englisch).