Nel 2007 Senna passò alla GP2 con il team Arden; la stagione iniziò in modo molto positivo, con un quarto posto nella gara inaugurale in Bahrain e una vittoria nella gara lunga nel secondo appuntamento del campionato, a Barcellona. Dopo un ulteriore podio nella gara principale in Francia, Senna fece segnare una serie di prestazioni poco brillanti, conquistando un solo punto nelle quattro manifestazioni seguenti. Il pilota brasiliano tornò competitivo a Monza, dove conquistò il quarto posto nella gara principale ed il terzo in quella sprint, chiudendo il campionato in ottava posizione con 34 punti. Nel 2008 passò al team iSport International, col quale corse anche nel campionato GP2 Asia, chiuso in quinta posizione; dopo aver conquistato un secondo e un quarto posto nelle gare inaugurali a Barcellona, in Turchia Senna terminò in quindicesima posizione la gara principale, dovendosi ritirare nella gara sprint per aver investito un cane.