2012 bestritt Kovalainen seine dritte Saison für den Rennstall, der seit dieser Saison als "Caterham F1 Team" antritt. Beim Großen Preis von Monaco hielt er über viele Runden Jenson Button, der über ein schnelleres Auto verfügte, hinter sich und kam schließlich auf dem 13. Platz ins Ziel. Er wurde bei einem weiteren Rennen 13. Da er erneut punktelos blieb, entschieden die Rennplatzierungen über den Weltmeisterschaftsrang. Da sein Teamkollege Witali Petrow mit einem elften Platz eine bessere Platzierung erzielt hatte, lag Kovalainen am Saisonende auf dem 22., Petrow auf dem 19. Gesamtrang.