Op 14 december 2009 werd bekend dat Kovalainen bij het team Lotus ging rijden in 2010, samen met Jarno Trulli. In 2011 en 2012 bleef hij hier rijden, ook al werd de naam van het team in 2012 veranderd in Caterham. Aan het einde van het jaar moest hij echter opstappen bij Caterham, omdat het team twee betalende coureurs, Charles Pic en Giedo van der Garde, had aangetrokken, terwijl Kovalainen zelf geen geld meebracht. In zijn drie jaren bij het team behaalde hij geen punten en was een twaalfde plaats in de GP van Japan 2010 zijn beste resultaat. In april 2013 keerde Kovalainen toch weer terug bij Caterham, dit keer als testcoureur. Hij mocht dat jaar ook een paar trainingen op vrijdag rijden. Echter, nadat zijn landgenoot Kimi Räikkönen een rugoperatie had moeten ondergaan en daardoor de laatste twee races van het seizoen moest missen, verving Kovalainen hem bij Lotus-Renault. In 2007, toen het team nog Renault heette, reed hij ook voor dit team.