2015 wechselte Nasr als Stammfahrer in die Formel 1 zu Sauber. Er brachte seinen langjährigen Sponsor, die Banco do Brasil, als Sponsor mit zum Rennstall und wählte die 12 als seine Startnummer. Nasr erzielte direkt bei seinem ersten Rennen in Australien mit dem fünften Platz Punkte. Damit gelang ihm das beste Debüt eines Brasilianers sowie eines Sauber-Fahrers. Es war sein bestes Saisonergebnis. Er beendete sein Debütjahr auf dem 13. Platz der Weltmeisterschaft und setzte sich intern mit 27 zu 9 Punkten gegen Marcus Ericsson durch.