En 1988, il rejoint Prost, devenu double champion du monde, chez McLaren-Honda, pour une saison où les deux pilotes partagent quinze victoires en seize courses et au terme de laquelle il obtient son premier sacre mondial. Prost remporte le championnat suivant ; Senna est à nouveau sacré en 1990 puis en 1991. Après deux saisons 1992 et 1993 plus compliquées pour ce qui est des résultats, mais remarquables au regard de l'écart important de performance sur le plan technologique avec les pilotes Williams-Renault, Senna décide de rejoindre cette écurie en 1994 avec l'objectif de conquérir un quatrième sacre mondial. Lors de la troisième course de la saison 1994, le Grand Prix de Saint-Marin disputé sur le circuit d'Imola, alors qu'il est en tête de la course, au septième tour, il est victime d'un accident mortel dans la courbe de Tamburello ; un accident auquel des millions de téléspectateurs assistent en direct et qui provoque une émotion internationale.