In het weekend van de Grand Prix van Italië 2016 werd bekend dat Vandoorne een contract had getekend als rijder voor McLaren in 2017 als vervanger van Jenson Button. Button blijft wel aan als reserve- en ontwikkelingsrijder voor het team. Op 23 augustus 2017 werd bekend gemaakt dat Vandoorne ook in 2018 voor McLaren blijft rijden. Na tegenvallende resultaten in het seizoen 2018, mede te wijten aan de magere kwaliteiten van de wagen, raakte op 3 september bekend dat Vandoorne in 2019 zijn zitje zou verliezen aan McLaren-opleidingscoureur Lando Norris.