Pérez joutui jättämään väliin molemmat Britanniassa ajetut GP:t koronaviruksen takia. Hänen tilallaan ajoi Nico Hülkenberg. Syyskuussa 2020 Pérez ilmoitti jättävänsä Racing Point -tallin kauden 2020 jälkeen.. Turkin GP:ssä Pérez ajoi toiseksi yhden pysähdyksen taktiikalla. Bahrainin GP:ssä Pérez ajoi kolmantena, kunnes joutui keskeyttämään kilpailun kaksi kierrosta ennen maalia moottoririkkoon. Pérez voitti ensimmäisen Formula 1 -kilpailunsa 6. joulukuuta Sakhirin GP:ssä. Pérezistä tuli ensimmäinen meksikolainen GP-voittaja sitten Pedro Rodríguezin ja vuoden 1970 Belgian GP:n ja F1-historian ensimmäinen kuljettaja, joka on voittanut kilpailun oltuaan avauskierroksen jälkeen kilpailun viimeisenä. Voitto oli myös Racing Point -tallin ensimmäinen. Pérez rikkoi myös Mark Webberin nimissä olleen ennätyksen ajamalla uransa avausvoiton 190 kilpailussaan. Kauden päättäneessä Abu Dhabin GP:ssä Pérez joutui keskeyttämään moottoririkkoon. Pérez saavutti kauden aikana 125 pistettä sijoittuen sarjan neljänneksi. Kausi oli myös Pérezin F1-uran tilastollisesti paras.