C'est à l'âge de treize ans, en 1996, que Christian Klien remporte ses premières courses de karting. En 1999, il court en Formule BMW et son meilleur résultat est une troisième place au championnat en 2001.

Champion d'Allemagne de Formule Renault en 2002, il participe l'année suivante au premier championnat de F3 Euroseries pour le Mucke Motorsport. Avec quatre victoires et six poles positions, Christian finit deuxième du championnat derrière Ryan Briscoe. Il remporte également les Marlboro Masters à Zandvoort.

En 2004, il débute en F1 au sein du team Jaguar, bien aidé par son sponsor personnel, le fabriquant de boissons « énergétiques » Red Bull. Son engagement est rapidement décrié car beaucoup d'observateurs pensent alors qu'il est trop jeune et trop inexpérimenté pour courir en F1. Ils n'auront qu'à moitié tort, car si Christian se montre effectivement parfois brouillon et impulsif, il fait aussi preuve d'un talent certain et d'une belle rapidité. Cependant il est largement éclipsé par son équipier Mark Webber. Sa meilleure course est le Grand Prix de Belgique à Spa, où il empoche les trois points de la sixième place, les seuls de sa saison.

Pour 2005, le team Jaguar est racheté par Red Bull, le commanditaire de Christian. Cela lui assure le deuxième baquet du team, aux côtés de David Coulthard. Christian va réaliser une saison honnête puisqu'il réussit à marquer neuf points et à faire jeu égal son prestigieux coéquipier en qualifications. Pendant quatre courses (d'Imola à Montréal), il est contraint de céder sa place au pilote d'essais Vitantonio Liuzzi, mais comme ce dernier se révèle décevant, il peut finir la saison. Au Grand Prix du Japon, il réussit une superbe performance en qualifications en obtenant le quatrième temps. S'il ne finit que neuvième en course, il se rattrape une semaine plus tard en Chine avec une cinquième place, son meilleur résultat en carrière.

Son contrat est évidemment renouvelé pour 2006. Hélas, cette saison n'est pas vraiment du même tonneau. L'équipe Red Bull semble peu à l'aise avec son nouveau moteur V8 Ferrari, qui a remplacé le V10 Cosworth. Si Coulthard s'en sort plutôt bien, Christian, victime de nombreux pépins techniques, reste très transparent. Il ne peut inscrire que deux petits points, tandis que l'Ecossais obtient la troisième place à Monaco. Il faut toutefois noter que sans un problème technique, cette place serait revenue à l'Autrichien qui devançait son équipier en Principauté. Mais, mécontent de ses résultats, le team manager Christian Horner décide de se passer de ses services après le Grand Prix d'Italie à Monza.

Sans contrat, la carrière de l'Autrichien en F1 semble alors finie, quand l'écurie Honda lui propose de devenir son troisième pilote. Christian accepte et garde ainsi un pied en Formule 1 en 2007. Au Grand Prix de Grande-Bretagne, il a même la chance de piloter la RA107 le temps des essais du samedi à la place de Button, malade. En juillet, suite au renvoi d'Albers de chez Spyker, l'équipe néerlandaise lui propose un test à Spa-Francorchamps pour éventuellement obtenir le baquet libre. Mais Christian n'est pas retenu et c'est Sakon Yamamoto qui est finalement choisi.

A la fin de l'année, Spyker, devenue Force India, fait à nouveau appel à lui pour quelques essais en vue de devenir titulaire pour 2008. Mais hélas, il est une nouvelle fois recalé. Pire encore, Honda ne renouvelle pas son contrat d'essayeur et le remplace par Alexander Wurz.

Christian obtient finalement pour 2008 le poste de troisième pilote chez BMW-Sauber, ce qui n'est pas une mauvaise affaire. En parallèle, il fait ses débuts en Endurance et dispute ses premières 24 heures du Mans pour Peugeot. Associé à Franck Montagny et Ricardo Zonta il termine l'épreuve à la troisième place.

En 2009, il reste pilote d'essais chez BMW et poursuit l'aventure en Endurance avec Peugeot. Associé cette fois à Pedro Lamy et Nicolas Minassian, il finit sixième des 24 heures du Mans. Avec Minassian et Simon Pagenaud, il triomphe au 1000 Km de Spa, décrochant ainsi son premier succès sur protos.

Pour la saison 2010, l'Autrichien âgé de 27 ans se retrouve sans volant en Formule 1 du fait du retrait de BMW. Sauber, qui reprend son indépendance du fait du départ du constructeur bavarois, refuse de le conserver. Il quête alors un volant dans plusieurs équipes comme Renault, sans succès. En Endurance, il reste sous contrat avec Peugeot, mais uniquement comme réserviste. Son programme est donc des plus maigres.

Finalement, au mois de mai, il devient pilotes d'essais de la nouvelle et minuscule équipe espagnole HRT. Il peut ainsi disputer les essais du vendredi du Grand Prix d'Espagne, et réussit à devancer les deux titulaires Bruno Senna et Karun Chandhok. Il est de nouveau aligné le vendredi à Valence, mais il ne semble pas destiné à devenir titulaire, n'ayant pas de sponsor à offrir à HRT. Ainsi lorsqu'en juillet le portefeuille de Chandhok est vidé, c'est le richissime Sakon Yamamoto qui acquiert le baquet vacant. Toutefois, au Grand Prix de Singapour fin septembre, Christian obtient le soutien de la compagnie autrichienne Upsynth. Yamamoto tombe opportunément malade, et l'Autrichien peut ainsi disputer son premier Grand Prix depuis quatre ans.

Au volant de la rétive HRT, sur un circuit urbain qui lui est inconnu, il réalise une belle performance en devançant de plus d'une seconde Senna en qualifications, puis en dominant le Brésilien en course. Il doit cependant abandonner sur un problème hydraulique. Yamamoto retrouve son volant lors des deux courses suivantes, puis Christian obtient une nouvelle chance pour les deux dernières manches du championnat. Au Brésil, il se qualifie à nouveau devant Senna, mais un problème technique ruine sa course en l'obligeant à partir avec quatre tours de retard. A Abou Dhabi il est cette fois derrière son équipier et finit bon dernier.

Ces trois piges au volant de la plus mauvaise voiture du plateau n'ont donc pas été négatives, néanmoins elles ne suffisent pas à lui offrir un volant pour 2011. En ces temps de restrictions budgétaires, les pilotes payants sont en vogue et Christian n'a pas les moyens financiers pour s'incruster durablement au sein grand cirque de la Formule 1.

Christian se reporte donc de nouveau sur l'Endurance et entame une nouvelle collaboration avec Aston Martin, qui lance en 2011 l'AMR-One, une barquette destinée à concurrencer à terme les Audi et les Peugeot. Associé à Darren Turner et Stefan Mücke, il la fait débuter aux 24 heures du Mans. Malheureusement cette machine se révèle catastrophique: victime de problèmes de moteur récurrents, elle est trente secondes au tour plus lente que les autres voitures de sa catégorie. Sa voiture n'effectue ainsi que quatre petits tours avant d'abandonner.

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