Den 14. desember 2007, ble det bekreftet at Kovalainen skulle kjøre for McLaren-Mercedes sammen med Lewis Hamilton for 2008-sesongen. Kovalainen er den fjerde finske føreren til å kjøre for laget. Både Keke Rosberg, Mika Häkkinen og Kimi Räikkönen, har alle kjørt for McLaren og alle har blitt Verdensmester i Formel 1. I hans første løp for teamet, Australias Grand Prix 2008, kvalifiserte han seg til tredje beste startspor, og bare en safetycar-periode hindret Heikki i å komme på en andreplass i løpet. Han satte Raskeste rundetid og kom på en femteplass. Hans første pole position kom under Storbritannias Grand Prix, men han endte løpet på en 5.-plass. 3. august 2008 tok han sin første Grand Prix-seier i Ungarn, og han hadde også en 4.-plass i løpet etter i Europas Grand Prix, samt en sterk 2.-plass i Italia. Han endte 2008-sesongen på en 7.-plass med 53 poeng.