Alonso memulai debut F1-nya pada musim bersama tim Minardi. Ia kemudian bergabung ke tim Renault pada musim sebagai pembalap tes sebelum kemudian naik kelas menjadi pembalap utama pada musim . Ia meraih kemenangan lomba F1 perdananya di GP Hongaria 2003 yang sekaligus membawanya menjadi pembalap termuda yang berhasil memenangi lomba F1 pada saat itu. Puncak prestasi Alonso bersama Renault ia dapatkan di musim 2005 dan 2006 saat merebut gelar juara dunia. Pada saat itu juga ia mencatat rekor sebagai pembalap termuda yang berhasil menjadi juara dunia dalam dua musim berturut-turut.