Il fait ses débuts en Formule 1 en 2001 avec l'écurie suisse Sauber. L'année suivante, il s'engage avec l'écurie McLaren-Mercedes avec laquelle il termine deux fois vice-champion du monde, en 2003 et 2005. Après cinq saisons sans parvenir à remporter le titre, il rejoint la Scuderia Ferrari et devient, dès sa première saison, champion du monde en devançant sur le fil Lewis Hamilton et Fernando Alonso à l'issue de l'ultime Grand Prix de la saison. Malgré une saison 2008 en demi-teinte, il contribue au titre constructeur de son équipe. Fin 2009, Ferrari met un terme à son contrat, ce qui incite le Finlandais à quitter la Formule 1 pour se reconvertir dans le championnat du monde des rallyes au sein du Citroën Junior Team et du Ice One Racing ; il termine dixième du championnat en 2010 et 2011, en effectuant au passage une petite pige de deux courses en NASCAR avec l'écurie Kyle Busch Motorsports.