Het seizoen 2005 begint goed voor Alonso. Hij wordt derde in Australië en wint de drie daarop volgende Grand Prix van Maleisië, Grand Prix van Bahrein en Grand Prix van San Marino. Vooral in deze laatste weet hij te imponeren door in de slotronden een sterk opzettende Michael Schumacher achter zich te houden. Zijn thuis Grand Prix weet hij alweer niet te winnen en in Monaco eindigt hij "slechts" vierde. Tijdens de Grand Prix van Europa op de Nürburgring slaagt hij er echter in om, na een sterke remonte in de laatste ronden, de overwinning te behalen nadat leider Kimi Räikkönen in de slotronde op een spectaculaire manier van de baan ging. Tijdens de daaropvolgende Grand Prix van Canada maakt hij een van zijn zeldzame stuurfouten. Hij raakt de muur en moet opgeven. Zijn grote rivaal in de strijd om het wereldkampioenschap, Räikkönen, wint daarenboven de wedstrijd. Toch behoudt hij in de stand om het wereldkampioenschap nog 22 punten voorsprong op Räikkönen. Op 25 september 2005 wordt hij derde in de Grand Prix van Brazilië, voldoende om in het WK een onoverbrugbare kloof te slaan met Räikkönen. Zo wordt hij op de leeftijd van 24 jaar en 58 dagen de jongste wereldkampioen in de geschiedenis van de Formule 1, een record dat tot daarvoor op naam stond van Emerson Fittipaldi.