2012 verließ Muñoz Europa und wechselte nach Nordamerika zu Andretti Autosport in die Indy Lights. Er gewann zwei Rennen und kam bei fünf Rennen auf einem Podiums-Platz ins Ziel. Am Saisonende lag er auf dem fünften Gesamtrang. 2013 blieb Muñoz bei Andretti Autosport in der Indy Lights. Er gewann die Rennen in Birmingham, Long Beach und Long Pond und Fontana. Obgleich kein anderer Fahrer mehr Siege erzielt hatte, beendete er die Saison auf dem dritten Rang. Zudem debütierte Muñoz 2013 für Andretti Autosport in der IndyCar Series und nahm am Indianapolis 500 teil. Bei diesem Rennen qualifizierte er sich für den zweiten Startplatz. Im Rennen lag er zwölf Runden in Führung und kam als bester Fahrer seines Rennstalls auf dem zweiten Platz ins Ziel. Im weiteren Saisonverlauf kam er bei Panther Racing als Vertretung für den verletzten Ryan Briscoe und bei Andretti Autosport als Vertretung für den erkrankten E. J. Viso bei je einem Rennen zum Einsatz.