Di tahun 2000, Nakano menutup musim dengan gelar runner up kejuaraan dunia 250cc serta meraih penghargaan the Winning of the Year. Tahun 2001 ia naik ke kelas 500cc masih bersama Yamaha dan sukses menyabet gelar Rookie of the Year.

Performa menjanjikan Nakano membuat Yamaha langsung mempromosikan Nakano ke kelas utama MotoGP pada tahun 2002. Tahun 2004, Nakano hengkang ke tim Kawasaki dan konsisten bersaing di 10 besar hingga musim 2006.  Tahun berikutnya, Nakano bergabung dengan tim Honda selama dua musim. Prestasi terbaiknya di Honda adalah berada di peringkat ke-9 musim 2008.

Di akhir kariernya tepatnya di tahun 2009, Nakano mencoba tantangan baru dengan bergabung ke tim Aprilia di kejuaraan World Superbike (WSBK). Hanya semusim di WSBK, Nakano pun memutuskan untuk pensiun dari dunia balap di usia 32 tahun.