Sainz i Red Bull zakończyli współpracę w przyjaznej atmosferze, zaś zespół Toro Rosso umożliwił mu transfer zastępując go Gaslym.
Renault Sport F1 Team (2017–2018) thumb|Sainz w barwach Renault F1 (2018)
W ostatnich czterech wyścigach sezonu 2017 w barwach Renault Sport F1 Team, Sainz ukończył dwa z nich i punktował raz, zajmując siódme miejsce w Grand Prix Stanów Zjednoczonych 2017. Ostatecznie zajął dziewiąte miejsce w klasyfikacji generalnej, o jedną lokatę wyżej od swojego nowego partnera zespołowego, Nico Hülkenberga.
We francuskim zespole Carlos Sainz Jr. spędził dwa sezony, kończąc je kolejno na 9. i 10. miejscu w klasyfikacji generalnej. Ze względu na zakontraktowanie Daniela Ricciardo, który przeszedł z zespołu Red Bull Racing do Renault F1, Sainz podpisał kontrakt z brytyjskim zespołem McLaren F1. Zastąpił on w zespole odchodzącego z Formuła 1 hiszpańskiego kierowcę Fernando Alonso.