2006-ban Kovalainen a Renault Formula–1-es csapatánál volt tesztpilóta. Miután Fernando Alonso az év végén elhagyta a csapatot, Kovalainen versenyző lett a csapatnál. 2007-ben legjobb helyezése egy második hely volt Japánban. Végül 30 pontot gyűjtött, ami a hetedik helyre volt elég neki. Kovalainen majdnem véghez vitte azt a bravúrt, hogy minden versenyen célba ér, de Brazíliában kiesett. Csapattársa, Giancarlo Fisichella az év végén nyolcadik lett az összetettben.