2003-ban a versenyzési lehetőséget meg is kapta a spanyol versenyző a Renault-nál, ahol az olasz Jarno Trulli volt a csapattársa. Alonso a maláj nagydíjon megszerezte az első rajtkockát, amivel ő lett a Formula–1-es történelem addigi legifjabb pole-pozíciósa – Rubens Barrichello rekordját döntve meg. Később a szezon során, a magyar nagydíjon pályafutása első futamgyőzelmét is learatta – ez szintén rekord volt: Bruce McLarentől vette át a legfiatalabb futamgyőztes címet. A szezon végén Alonso 55 pontjával hatodik volt a világbajnoki pontversenyben. (2008. szeptember 13-án Monzában döntötte meg pole-pozíciós rekordját Sebastian Vettel, aki a vasárnapi futamon a legfiatalabb futamgyőztes címét is átvette Alonsótól). Jellemző volt az RS23 kódjelű motor megbízhatatlansága, jól példázza ezt, hogy öt kiesésből négy motorhiba volt, illetve a francia nagydíjon előbb Alonso, majd két körrel később csapattársa, Trulli esett ki motorhiba miatt.