In 2015 maakte Sainz zijn officiële Formule 1-debuut voor Toro Rosso, naast de eveneens debuterende Max Verstappen. In zijn eerste seizoen kende hij veel mechanische problemen en eindigde op de vijftiende plaats in het kampioenschap met 18 punten, een zevende plaats tijdens de Grand Prix van de Verenigde Staten was zijn beste resultaat.