Ia memulai debutnya di dalam ajang F1 pada musim bersama dengan tim WilliamsF1, dan berhasil meraih pole position perdananya di Grand Prix Brasil. Pada musim 2011, ia menjadi pembalap tes untuk tim Force India, dan berhasil naik pangkat menjadi pembalap utama untuk musim . Untuk musim 2013, ia pindah memperkuat tim Sauber, dan pada musim , Hülkie kembali lagi ke tim Force India. Hülkenberg pindah ke tim Renault untuk musim 2017, dan kemudian meninggalkan tim Renault setelah musim 2019 berakhir. Pada saat ini, Hülkenberg memegang rekor sebagai seorang pembalap F1 dengan balapan terbanyak tanpa pernah meraih satu pun podium sama sekali.