En 2005, sur la lancée d'une fructueuse campagne d'essais hivernaux, Alonso et Renault s'annoncent comme de crédibles candidats au titre mondial. Grâce à un début de saison presque parfait, au cours duquel il enchaîne les victoires et prend un net ascendant sur son équipier Giancarlo Fisichella, Alonso gère sa deuxième partie de saison et contrôle le retour de Kimi Räikkönen, son principal concurrent au volant de la McLaren-Mercedes. Au Brésil, avant-dernière manche de la saison, il remporte le titre mondial devenant, à 24 ans, le plus jeune champion du monde de l'histoire de la Formule 1 (record battu trois ans plus tard par Lewis Hamilton). Il contribue également à la première place de son écurie au championnat du monde des constructeurs.