Карьеру в Формуле-1 начал тестовым пилотом в команде BMW с Гран-при Турции 2006 года. Дебют на трассе состоялся на Гран-при США 2007 года, где Феттель заменял травмированного Роберта Кубицу. Начиная с Гран-при Венгрии в сезоне 2007 и до конца 2008 года выступал за команду Toro Rosso. С 2009 по 2014 год выступал за команду «Ред Булл», затем подписал трёхлетний договор с командой «Феррари». С 2021 года — пилот «Астон Мартин».