Takuma Sato est né le 28 Janvier 1977 à Tokyo. Champion du Japon en Karting en 1997, Takuma tente sa chance en Europe à partir de 1998 dans le championnat anglais de F3 Opel qu'il remporte un an plus tard. Passé en F3, il remporte le championnat anglais en 2001 ainsi que la célèbre épreuve de Macao.

Couvé par Honda, Takuma semble prêt à se lancer en F1 et le motoriste japonais l'impose alors au team Jordan pour la saison 2002. Pour cette première saison il se fit surtout remarquer par ses crashs spectaculaires qui provoquèrent l'agacement d'Eddie Jordan. Deux exemples : à Sepang, il commet le pire qu'il puisse arriver à une écurie : il accroche son propre équipier Fisichella ! A Zeltweg, il se fait percuter très violemment par la Sauber d'Heidfeld. Il n'est que très sonné, mais son absence de réaction pendant un bon quart d'heure a fait craindre le pire. Malgré tout, pour le dernier grand prix au Japon devant son public, Takuma fit une superbe démonstration en arrachant la cinquième et en offrant à Jordan la sixième du championnat constructeurs.

En 2003, il trouva refuge chez BAR, comme pilote essayeur. Il disputa même la dernière manche du championnat en remplacement de Jacques Villeneuve, encore devant ses fans à Suzuka, et encore avec un bon résultat, une sixième place et les trois points qui vont avec.

Devenu titulaire aux côtés de Jenson Button en 2004, Takuma va être la révélation de la saison. Très rapide, il fut souvent stoppé en course par un moteur fragile mais quand ce dernier tenait le coup, il finissait souvent bien placé. Pour preuve ses trente-quatre points marqués et sa huitième place au classement final (meilleur performance pour un Japonais) qui ont persuadé BAR-Honda de le garder pour la saison 2005.

Son principal coup d'éclat fut le Grand Prix des Etats-Unis, où il finit 3ème et devint ainsi le second japonais de l'histoire à monter sur un podium de Formule 1. Il devint également le premier nippon à mener une course, au Nürburgring, mais son moteur rendit l'âme alors qu'il était troisième. Mais ce jour-là, il gagna surtout l'admiration par un dépassement très osé sur l'intouchable Ferrari de Rubens Barrichello.

Mais cette saison sera beaucoup moins bonne. A Sepang, Takuma est malade et doit céder sa place à l'essayeur Anthony Davidson. A Imola, il finit 5ème, mais le team BAR est disqualifié et exclu pour 2 GP pour avoir triché en installant un second réservoir secret. Les BAR font leur retour au Nurbürgring, sans marquer de points, la voiture n'étant efficace que sur les circuits d'accélération-freinage, comme Montréal, où Takuma abandonne sur problème de frein. A mi-saison, son score et celui de BAR sont toujours vierges ! La suite de l'année ne sera qu'un long calvaire pour Takuma, totalement dominé par Button. Il causera aussi un tel nombre d'accrochages en fin de saison (Schumacher et Trulli en savent quelque chose), qu'une « Takuma » deviendra au sein du paddock synonyme d'une attaque suicide !
A la fin de l'année, BAR ne veut plus de lui, mais Honda tient à son pilote fétiche.

C'est ainsi qu'en 2006, Sato intègre l'équipe Super Aguri Honda, petite structure 100% japonaise dirigée par Aguri Suzuki et soutenue financièrement par Honda. Le team ne disposant pas de voitures aux normes de la saison 2006, c'est donc au volant d'antiques Arrows A23 de 2002 que Sato débute la saison ! Avec un tel matériel, il ne put évidemment pas briller et termina bien souvent bon dernier quand il terminait, car la fiabilité des « Arrows-Aguri » était bien aléatoire. A partir du GP d'Allemagne, une nouvelle voiture fit son apparition. Meilleure que sa devancière, elle permit à Sato de battre quelques fois les Midland. Pour la dernière course au Brésil, il réussit même à se classer 10ème à la régulière, un vrai petit exploit !

En 2007, Sato est toujours chez Super-Aguri, aux côtés du Britannique Anthony Davidson. La nouvelle monoplace de l'équipe n'être autre que la Honda de 2006 à peine modifiée, mais elle va tout de même permettre aux pilotes de figurer devant les Toro Rosso et les Spyker. En début de saison, Takuma pourra même l'amener quelques fois en milieu de grille. Au GP d'Espagne, il finit huitième et offre ainsi à l'écurie son tout premier point en championnat du monde. A Montréal, il fait encore mieux en obtenant la sixième place, après avoir dépassé la McLaren de Alonso ! La seconde partie de saison sera moins bonne. La voiture manque de développement et Sato se classe à nouveau en fond de peloton. De plus, il se retrouve souvent derrière son équipier qu'il avait dominé en début de saison.

Mais qu'importe. Sato a tout de même fait une belle saison, et on le retrouve en 2008 chez Super-Aguri-Honda. Cependant, au cours de l'hiver, la situation financière de l'équipe se dégrade fortement, au point qu'il est impossible de faire rouler la nouvelle SA08 avant le début de la saison en Australie. Lors des quatre premières courses du championnat, Sato se retrouve donc en fond de grille, mais il parvient tout de même à ramener trois fois sa voiture à l'arrivée. Mais peu avant le GP de Turquie, Suzuki annonce qu'il n'est pas arrivé à trouver un repreneur à son équipe et que l'aventure Super Aguri s'arrête là.

Takuma se retrouve par conséquent sans emploi. Fin 2008, il est largement pressenti pour obtenir en 2009 le volant d'une Toro Rosso. La petite équipe italienne le teste à plusieurs reprises, en même temps que le titulaire du baquet convoité, le Français Sébastien Bourdais. Grâce à ses sponsors, Sato pouvait espérer obtenir facilement ce volant. Mais la crise économique entraîne le désistement des commanditaires du Japonais, et Toro Rosso décide de garder Bourdais.

Sato se retrouve sans volant en Formule 1 pour 2009. Toutefois son nom est régulièrement évoqué pour remplacer plusieurs pilotes sur la sellette, notamment Nelsinho Piquet chez Renault, sans succès. Pour la saison 2010, il postule à nouveau pour un baquet mais aucune piste sérieuse ne se présente.

Finalement, à 33 ans, Sato décide de tirer un trait sur la F1 et rejoint l'IndyCar. Il s'engage ainsi en février 2010 avec l'équipe KV Racing, sponsorisée par Lotus. Il réalise une première saison extrêmement moyenne. Retrouvant la maladresse de ses débuts en Formule 1, il connaît un grand nombre d'accidents et en dix-huit courses, ne voit que six fois le drapeau à damiers. Sur ovale, il est à deux reprises très bien classé en fin de course avant de finir dans le décor.

Il finit sa première saison à la vingt-et-unième place du classement général.