2020年11月4日、ホンダPUを搭載するアルファタウリでF1初テストを体験。イモラ・サーキットで2018年型F1マシンのトロ・ロッソ STR13に乗り込み、F1のフリー走行へエントリーするために必要な条件である300kmの走破をクリアした。その後、FIA F2最終戦レース1の優勝によりシリーズランキング4位以上が確定し、スーパーライセンス取得に必要な「スーパーライセンスポイント累計40点」という条件をクリアする。F1最終戦アブダビGP終了後の12月15日に行われた若手ドライバーテストでアルファタウリ・AT01に乗り123周を走行。翌12月16日に2021年シーズンからアルファタウリでのF1参戦が正式発表され、の小林可夢偉以来途絶えていた日本人F1ドライバーが7年ぶりに誕生することになった。また、F1レギュラードライバーとしては初の2000年代生まれのドライバーとなる（「初の21世紀生まれF1ドライバー」と紹介されることがあるが、21世紀は2001年からなのでこれは間違い）。固定カーナンバーは「22」を選択した（角田本人は「11」を希望していたが、現在セルジオ・ペレスが「11」を使用している為、「1+1=2」になるという理由で「22」を選んだ）。