Han var før medlem af McLaren Young Driver Programme. I 2014-sæsonen havde han fast plads i én af teamets to Formel 1-biler, hvor han havde afløst Sergio Pérez. I sin første formel 1-sæson klarede Magnussen sig fint og opnåede en samlet 11. plads, blandt andet efter at være blevet nummer to i sit allerførste løb i Melbourne. I den følgende sæson blev hans plads overtaget af Fernando Alonso, men da denne kom til skade forud for sæsonens første løb, kom Magnussen tilbage som kører for et enkelt løb. I 2016-sæsonen skiftede han til Renault F1, hvor han ikke havde den store succes og endte på en samlet 16. plads med en bedste placering som nummer 7 i Sotji. I 2017-sæsonen skiftede Kevin Magnussen til det nyopstartet amerikanske Formel 1 hold fra 2016, Haas F1 Team. Her var han holdkammerat med Romain Grosjean. Kevin Magnussen starter sin 4. Formel 1 sæson med det amerikanske hold i 2020. 2020 bliver dog sidste sæson (foreløbigt) i Formel 1, og Kevin Magnussen skifter til den amerikanske sportsvognsserie International Motor Sports Association.