Heidfeld debuterte i Formel 1 i 2000 for Prost Grand Prix, etter å hva vært testfører for McLaren året før. Året etter gikk han til Sauber som han kjørte for i tre år før han så gikk over til Jordan Grand Prix i 2004. 3 poeng var det beste han kunne få til i en lite konkurransedyktig bil. Han signerte så en kontrakt med WilliamsF1 for 2005, før han ble med motorleverandøren BMW over til BMW Sauber før 2006. Han kjørte for dem fram til 2009.