Brundle begann seine Karriere als 18-Jähriger in der britischen Formel Ford. Er stieg rasch in die Formel 3 auf und fuhr dort 1983 mit dem späteren Formel-1-Weltmeister Ayrton Senna um den Titel, den er knapp verlor. Zur Saison 1984 wechselte Brundle in die Formel 1, wo er beim Team Tyrrell Teamkollege des Deutschen Stefan Bellof wurde. Bereits in seinem siebten Rennen in Detroit konnte Brundle einen spektakulären Erfolg erzielen, als er als Zweiter ins Ziel kam. Allerdings wurden das Tyrrell-Team und seine Fahrer am Saisonende infolge von technischen Manipulationsvorwürfen disqualifiziert und alle Ergebnisse aberkannt, sodass diese Platzierung hinfällig wurde. Für Brundle war die Saison zwei Wochen nach dem Rennen in Detroit nach einem schweren Unfall in der Qualifikation zum Großen Preis der USA in Dallas, bei dem er sich an den Füßen verletzte, was ihm seither Probleme beim Bremsen bereitete, bereits vorzeitig beendet. Da sich im weiteren Verlauf der 1980er Jahre für Brundle auch wegen kaum konkurrenzfähigen Materials bei Tyrrell und Zakspeed keine nennenswerten Erfolge in der Formel 1 einstellten, nahm er an Sportwagenrennen teil. Dort gewann er 1988 die Weltmeisterschaft und 1990 das 24-Stunden-Rennen von Le Mans, beides auf Jaguar.