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).