Ha fatto il suo debutto in Formula 1 nel 2011 con la Sauber. Nella stagione successiva, raccoglie ottimi risultati (tra i quali, si segnalano tre podi) che gli fanno guadagnare il passaggio alla McLaren nel 2013, in sostituzione del britannico Lewis Hamilton. Tuttavia, dopo una stagione tutt'altro che entusiasmante e ricca di risultati (e che, anzi, lo vede spesso in lotta con il compagno di squadra, Jenson Button) con la squadra britannica, viene ingaggiato dalla Force India (successivamente divenuta Racing Point): in queste due scuderie, Perez è complessivamente salito sul podio in sette gare. Nel 2020, inoltre, ha ottenuto la prima vittoria della sua carriera vincendo il Gran Premio del Sakhir, diventando il secondo messicano dopo Pedro Rodríguez de la Vega a vincere un Gran Premio (oltre che il primo in assoluto, nella storia della Formula 1, a vincere un Gran Premio dopo essere stato classificato in ultima posizione alla fine del primo giro).

Dal 2021 al 2024 gareggia con il team anglo-austriaco Red Bull Racing con il quale raccoglie i suoi migliori risultati in carriera, cogliendo 5 vittorie e laureandosi vice-campione del mondo nel 2023, alle spalle del compagno di squadra Max Verstappen.

Dal 2026 è pilota titolare in Cadillac.

Carriera Gli inizi Pérez iniziò a correre con i kart nel 1996, ottenendo in quel periodo 4 vittorie e finendo al secondo posto. Nel 1997 ha partecipato alla Categoria Giovani, diventando il pilota più giovane, ottenendo una vittoria, 5 podi arrivando 4º in campionato. Nel 1998 è tornato a gareggiare in questa categoria, nella quale ha ottenuto 8 vittorie; alla fine dell'anno diventa campione e il "pilota più giovane" a farlo. Nella stagione 1999 corre nella categoria Shifter 80 cc in cui accumula 3 vittorie e conclude il campionato al 3º posto. Allo stesso modo, diventa il pilota più giovane a vincere una gara nella categoria, dopo aver ottenuto un permesso speciale dalla Federazione per poter partecipare allo Shifter 80 cc. Nel 2000 partecipa a 3 gare nella categoria 125 cc Shifter al Telmex Challenge. L'anno successivo partecipa al 125 cc Shifter regionale e vince il campionato e diventando il pilota più giovane a gareggiare nella categoria. L'Escudería Telmex, il progetto per promuovere i giovani talenti in Messico, inizia a mostrare interesse per le sue prestazioni. Con 6 vittorie nel 2002, viene nominato secondo classificato nazionale in Messico nella categoria Shifter 125 cc.

Nel 2003 è leader in due campionati nella Shifter 125cc, ma gli viene ritirata la licenza per le ultime 7 gare. Tuttavia, il Telmex Challenge termina in terza posizione, oltre a classificarsi al secondo posto nella Coppa del Messico. Nello stesso anno è invitato a partecipare all'Easy Karts 125 Shootout in tutto il mondo; riesce a qualificarsi ed essere nominato pilota più giovane della categoria.

Nel 2004 passa alle monoposto, quando prese parte al campionato statunitense Skip Barber Formula Dodge Series alla guida di una vettura sponsorizzata dalla società di telecomunicazioni messicana Telmex, finendo all'undicesimo posto e venendo nominato miglior esordiente ottenendo cinque podi. Diventa il più giovane pilota messicano a vincere una gara all'estero in vetture di tipo Formula, battendo Ricardo Rodríguez. Inoltre, ha ottenuto una vittoria quando è stato invitato in Formula Vee a Guadalajara, sua città natale, e in 7 gare è arrivato tra i primi 10.

Nel 2005 si trasferì in Europa per partecipare al campionato tedesco di Formula BMW ADAC. Terminò il campionato al 14º posto, guidando per il Team Rosberg. L'anno successivo finì il campionato al 6º posto. Contemporaneamente, nel campionato A1 Grand Prix, Pérez prese il via in una singola prova allA1 Team Mexico, divenendo il terzo pilota più giovane a prendere parte alla competizione.

Nel 2007 passò alla F3 inglese. Gareggiò nella National Class – per telai vecchi – con la squadra T-Sport, vincendo il campionato con un notevole margine. Egli vinse due terzi delle gare ottenendo altrettante pole position. L'anno seguente, il messicano e la squadra T-Sport passarono nella classe regina del campionato internazionale, dove Pérez fu uno tra i pochi piloti ad essere dotato di un motore Mugen Honda. Dopo aver guidato il campionato all'inizio della stagione, alla fine chiuse al 4º posto.

GP2 Series

Al termine della stagione 2008 Pérez si accordò con la Campos Grand Prix per disputare il campionato GP2 Asia Series 2008-2009 come compagno di squadra del pilota russo Vitalij Petrov, diventando il primo pilota messicano a competere a questo livello da quando Giovanni Aloi aveva preso parte al campionato internazionale Formula 3000 nel 1990. Pérez ottenne due vittorie ed il settimo posto nella classifica generale.

Passò quindi alla Arden International per la GP2 Series 2009, guidando al fianco del campione di Formula Tre Edoardo Mortara. Pérez finì dodicesimo in classifica, con un secondo posto a Valencia come miglior risultato. Al termine della stagione disputò due gare della GP2 Asia Series 2009-2010 per la Barwa Addax, sfruttandole come test per la stagione 2010 della GP2, che disputò sempre con la scuderia spagnola. Nel campionato di GP2 il pilota messicano si mise in luce, conquistando cinque vittorie e contendendo il titolo a Pastor Maldonado fino alla penultima gara della stagione.

Formula 1

Sauber (2011-2012)

2011

Il 4 ottobre 2010 la Sauber annunciò l'ingaggio di Pérez per le successive due stagioni di Formula 1, al fianco del giapponese Kamui Kobayashi. Il pilota messicano portò al team svizzero l'appoggio economico della Telmex, che lo aveva sostenuto per gran parte della sua carriera.

Pérez fece quindi il suo debutto in Formula 1 nel Gran Premio d'Australia 2011, a Melbourne. Il pilota messicano si mise subito in luce, giungendo settimo al traguardo dopo essere stato l'unico a completare la gara con un solo cambio gomme, ma venne squalificato per un'irregolarità dell'alettone posteriore della sua vettura. Dopo tre gare senza particolari acuti, nel Gran Premio di Spagna Pérez conquistò il nono posto ed i primi punti in carriera. Durante le qualifiche del Gran Premio di Monaco il pilota messicano ebbe un violento incidente all'uscita del tunnel, non disputando la gara per timore di postumi dell'incidente. Al termine delle prove libere del successivo Gran Premio del Canada Pérez accusò malessere, venendo sostituito da de la Rosa per il resto del week-end di gara.

Tornato regolarmente in pista nel Gran Premio d'Europa, nel seguente Gran Premio di Gran Bretagna il pilota messicano ottenne il miglior piazzamento stagionale, tagliando il traguardo in settima posizione. Nel resto della stagione Pérez non ottenne risultati di particolare rilievo, giungendo in zona punti in altre tre occasioni e chiudendo al sedicesimo posto nella classifica assoluta, con 14 punti.

2012

La stagione 2012 iniziò in modo positivo per Pérez, che, dopo aver chiuso in ottava posizione il Gran Premio inaugurale in Australia, conquistò il primo podio in carriera nel Gran Premio della Malesia, nel quale giunse al traguardo al secondo posto dopo aver lottato per la vittoria con Fernando Alonso. Fu il primo podio in Formula 1 per un messicano dal Gran Premio d'Olanda 1971. Dopo alcune gare fuori dai punti, nel Gran Premio del Canada il pilota messicano finì nuovamente a podio, chiudendo al terzo posto dopo essere scattato dalla quindicesima posizione.

Nel Gran Premio di Germania Pérez tagliò il traguardo in sesta posizione dopo una rimonta dal diciassettesimo posto in griglia di partenza, mentre nel Gran Premio del Belgio fu coinvolto in un incidente alla prima curva e costretto al ritiro dopo essersi qualificato in quarta posizione. Pérez ebbe occasione di rifarsi già nel successivo Gran Premio d'Italia, dove, anche grazie ad un'ottima strategia, rimontò dalla quindicesima piazza in griglia fino al secondo posto finale, alle spalle di Lewis Hamilton. All'indomani del Gran Premio di Singapore fu annunciato il suo passaggio in McLaren per la stagione successiva; da quel momento, però, Pérez non riuscì più a segnare punti, ottenendo due undicesimi posti come miglior risultato nelle ultime sei gare del campionato. Il pilota messicano chiuse il 2012 al decimo posto nella classifica generale, con 66 punti.

McLaren (2013) 2013

Il 28 settembre 2012 fu ufficializzato il suo passaggio alla McLaren per la stagione al posto di Lewis Hamilton, passato alla Mercedes..

Nelle prime gare della nuova stagione, però, il messicano non ottenne dei buoni risultati, anche per via della scarsa competitività della vettura: nei primi tre Gran Premi Pérez andò a punti solo in Malesia, dove tagliò il traguardo in nona posizione dopo aver fatto segnare il giro più veloce in gara per la seconda volta in carriera. In Bahrein il pilota messicano si rese protagonista di diversi sorpassi, conquistando il sesto posto finale; giunse nuovamente a punti nel successivo Gran Premio di Spagna, chiuso in nona posizione.

A Monaco Pérez si mise in luce per una condotta di gara piuttosto aggressiva: il pilota messicano sopravanzò il compagno di squadra Button e Fernando Alonso, ma venne in seguito a contatto con Kimi Räikkönen e si ritirò a poche tornate dal termine per un contatto con un muretto.

Dopo tre gare di fila senza alcun punto, tornò a marcare punti nel Gran Premio di Germania, nel quale tagliò il traguardo in ottava posizione. Nel Gran Premio d'India Pérez conquistò il miglior risultato stagionale per sé e per la scuderia, giungendo quinto dopo aver occupato a lungo le prime posizioni. Tuttavia, all'indomani del Gran Premio di Abu Dhabi lo stesso pilota messicano diramò un comunicato ufficiale nel quale rendeva noto di non essere stato confermato per la stagione seguente dalla scuderia britannica, che gli preferì il debuttante Kevin Magnussen.

Force India (2014-2018) 2014

Nel dicembre 2013 fu ufficializzato il passaggio di Pérez alla Force India per la stagione 2014, realizzatosi anche grazie ad un supporto di sponsor personali quantificato in circa 15 milioni di Euro. Il pilota messicano andò ad affiancare il tedesco Nico Hülkenberg.

Il debutto nella nuova scuderia fu difficile per Pérez, che alla prima gara della stagione, in Australia, fu nettamente battuto dal compagno di squadra, giungendo decimo al traguardo dopo essere partito dalla sedicesima posizione, mentre nel successivo Gran Premio della Malesia fu costretto al ritiro prima della partenza per un problema tecnico. Dopo queste delusioni Pérez si rifece in Bahrein, dove conquistò il terzo gradino del podio dopo essere scattato dalla quarta posizione in griglia.

Dopo aver ottenuto due noni posti in Cina e in Spagna, a Monaco il pilota messicano uscì di scena già al primo giro in seguito a un contatto con Jenson Button. Anche nel Gran Premio del Canada Pérez, dopo aver occupato a lungo le prime posizioni, venne coinvolto in un incidente con Felipe Massa, in seguito al quale venne penalizzato di cinque posizioni sulla griglia di partenza per il successivo Gran Premio d'Austria.

Nonostante la penalità il pilota messicano riuscì a giungere a punti, conquistando il sesto posto grazie ad una tattica di gara indovinata. Nella seconda metà di stagione la competitività della vettura diminuì, ma Pérez riuscì a mettere a segno una serie di cinque risultati utili a partire dal Gran Premio del Belgio. La serie fu interrotta nel Gran Premio degli Stati Uniti, nel quale il pilota messicano si ritirò dopo un contatto con Adrian Sutil.

Pérez chiuse la stagione con un settimo posto nel conclusivo Gran Premio di Abu Dhabi, conquistando il decimo posto nella classifica generale con 59 punti.

2015