Den 30. september 2009 ble det offentliggjort at Alonso hadde signert en kontrakt med Ferrari for tre år med mulighet for forlengelse; han skulle erstatte Kimi Räikkönen som lagkamerat til Felipe Massa før -sesongen. Etter Brasils Grand Prix lå Alonso i ledelsen i mesterskapet, men han tapte tittelen til Sebastian Vettel under finalen i Abu Dhabis Grand Prix, hvor han kun greide å fullføre på en 7. plass mens Vettel vant løpet. Fra 2014-sesongen fikk han Kimi Räikkönen som lagkamerat, etter at Felipe Massa gikk over til Williams.