C'est au Mans, ville connue pour sa célèbre course de 24 heures, que Sébastien Bourdais voit le jour. Patrick, son père, est pilote amateur de rallye et d'endurance. En 1989, Sébastien reçoit pour son anniversaire un kart. Sébastien est doué et se lance en compétition dès l'année suivante.

Il devient champion de ligue Maine-Bretagne en catégorie minime dès 1991, puis champion en cadets en 1993.

En 1995, il passe alors en monoplace en intégrant la Formule Campus. Il termine à une modeste 9e place au championnat. En 1996, il prend part au championnat de France de Formule Renault et se classe 7e. L'année suivante, il est vice-champion (derrière Jonathan Cochet).

En 1998, Sébastien est en F3 et termine meilleur débutant de la saison à la 6e place du championnat. En 1999, il est champion de France de F3 avec 8 victoires. Il participe également à ses premières 24 heures du Mans sur une Porsche 911 GT2 aux côtés de Jean-Pierre Jarier.

Pour l'année 2000, Sébastien Bourdais s'engage en F3000, dernière étape (à l'époque) avant la F1. Il se classe 9e au championnat. Il est aussi de nouveau au départ des 24 heures du Mans et se classe 4e au volant d'une Courage C60 engagée par Henri Pescarolo.

Toujours en F3000 l'année suivante, chez DAMS, Sébastien progresse bien en remportant sa première victoire à Silverstone le 14 Juillet ! Il se classera 4e au championnat.

En 2002, Sébastien remporte le championnat international de F3000 avec 3 victoires (Imola, Monaco et Nürbürgring). Ce titre est en fait acquis après la fin du championnat suite à la disqualification de Tomas Enge en Hongrie pour contrôle anti dopage positif.

Remarqué par l'écurie de F1 Arrows, il est invité à participer à un test à Valence au mois de juillet 2002. Arrows lui propose alors un contrat de titulaire pour 2003. Mais l'écurie anglaise est à court d'argent et se retire à la fin de la saison 2002. L'espoir d'accéder à la F1 renait grâce à Renault qui cherche un pilote essayeur pour 2003. Il est convoqué à un test en fin d'année à Jerez, mais c'est Franck Montagny qui sera retenu.

Sébastien Bourdais se tourne alors vers les Etats-Unis et le Champ Car. Il est engagé par l'équipe Newman-Hass au coté de Bruno Junqueira. Pour sa première apparition dans cette discipline, il signe la pole position ! Par la suite il remportera 3 victoires et se classera 4e au championnat.

Pour 2004, Sébastien vise le titre en Champ Car. Il le remportera haut la main avec 7 victoires. Il va conserver son titre les trois années suivantes ! Du jamais vu en Champ Car.

Il quittera le Champ Car en 2007 sur une victoire, la 31e en 74 courses.

2007 marque également son retour au 24H du Mans. Il partage le volant d'une Peugeot 908 avec Stéphane Sarrazin et Pedro Lamy et termine à la seconde place.

Entre temps, son nouveau manager, Nicolas Todt, lui a permit d'effectuer un test chez Toro Rosso en décembre 2006. Un nouveau test est organisé en juillet 2007 sur le circuit de Spa-Francorchamps. En Août, Sébastien Bourdais est officiellement engagé par Toro Rosso pour la saison 2008 au coté de Sebastian Vettel.

Sa première course en F1 sera à l'image de cette saison 2008 : un espoir déçu. Les qualifications de Melbourne se passent moyennement pour Sébastien qui ne parvient à réaliser que le 17e temps alors que Vettel part 9e. Néanmoins la course est rocambolesque et les rôles s'inversent entre les deux pilotes. L'Allemand abandonne au premier virage alors que le Français remonte progressivement au fil des casses mécaniques et accidents jusqu'à la 4e place. Il reste deux tours à boucler et Sébastien devance la Renault d'Alonso et la McLaren de Kovalainen quand son V8 Ferrari brise les espoirs du Français de réaliser un exploit dès sa première course. Il y a quand même à la clef deux points grâce aux grand nombre d'abandons.

La suite de la saison sera beaucoup moins héroïque pour Bourdais qui ne parvient pas en Q2 avant le grand-prix de France et subit jusque là beaucoup d'abandons sur accrochages et sorties de piste. De plus, l'arrivée de la STR3 n'arrange pas ses performances contrairement à son coéquipier pour qui c'est le déclic. Vettel enchaîne les courses miracles alors que Bourdais stagne souvent dans le peloton de queue. Les statistiques sont éloquentes : l'Allemand marque à neuf reprises avec la nouvelle voiture alors que le Français ne rentre qu'une seule fois dans les points en Belgique.

Cependant, le dernier tiers de la saison est bien meilleur pour Bourdais. A partir du grand-prix de Valence il se qualifie quasiment à chaque fois en Q3 avec comme meilleur résultat une 4e place à Monza. Malheureusement le système anti-calage de la Toro Rosso ne fonctionne pas correctement et Sébastien doit partir en dernière position à un tour du reste du plateau. Il termine la course en 18e position alors que Vettel signe une victoire incroyable pour l'ex écurie Minardi. Une autre occasion est gâchée en Belgique où après être resté à la 5e place pendant toute la course, bourdais entame le dernier tour en 3e position. Seulement, il est équipé de pneus secs alors que la piste est détrempée. Les 7 kilomètres du circuit de Spa sont très longs dans ces conditions et il ne parvient pas à contrer les attaques d'Heidfeld, Vettel et Kubica.

Au Japon il finit la course à la 6e place mais est déclassé pour avoir provoqué un accrochage avec Felipe Massa, sanction qui fut jugée sévère par beaucoup d'observateurs. En Chine, Trulli l'envoi en tête-à-queue au premier virage alors que les points étaient envisageables. La course au brésil sera anonyme pour Bourdais.

Au vue du maigre score du Français par rapport à Vettel, l'intersaison 2008-2009 est difficile à supporter. Le pilote français n'a plus toute la confiance de ses employeurs et la reconduction de son contrat n'est absolument pas certaine. Celui-ci s'est d'ailleurs joué entre Bourdais et Takuma Sato avant que la décision soit prise de garder Sébastien aux côtés du débutant et prometteur Suisse Sébastien (décidemment une spécialité Toro Rosso) Buemi. La STR4 est dévoilée le lundi 9 Mars 2009.

Après un hiver nerveusement difficile, c'est avec un voiture encore brute (très peu d'essais par rapport aux autres écuries) que Bourdais entame sa deuxième saison de F1. La Toro Rosso n'est pas la pire monoplace mais manque cependant de développements. Ce manque n'est pas rédhibitoire puisque les deux "Séb" rentrent dans les points en Australie (8ème pour Bourdais suite au déclassement de Hamilton) et Buemi marque un point supplémentaire à Shangaï.

La fiabilité est présente mais le pilote Français ne va dépasser son coéquipier qu'à seulement deux reprises en qualifications et progressivement descendre dans le classement au fil des Grand Prix. Le pilote Suisse réussi à se qualifier une fois en Q1 alors que Bourdais ne dépasse jamais la 14ème place au départ. Les courses sont pour la plupart sans histoire et l'arrivée se fait souvent dans l'anonymat au delà de la 12ème place et en bataille avec les Force India. La dernière belle course du Français a lieu à Monaco puisque Bourdais parvient à éviter accrochages et accident pour marquer un point et finir juste devant Giancarlo Fisichella.

Cependant et malgré le fait d'être rentré dans les points à deux reprises comme son coéquipier, la rumeur de son remplacement va prendre de l'ampleur et atteindre son apogée au Nurburgring. Bourdais y est assiégé par les journalistes internationaux qui s'attardaient rarement sur lui avant ce weekend du 12 juillet 2009. Cette course comme celle de Silverstone est un clavaire puisqu'elles se terminent toutes les deux par un abandon dû à la fiabilité de la STR4. Sébastien finit même par s'énerver en direct à la télévision, ce que l'on peut comprendre dans une réaction à chaud. La rumeur est confirmée dans la semaine suivante, Franz Tost estime que Bourdais manque de résultat par rapport au potentiel de la voiture et préfère titulariser le plus jeune pilote de l'histoire de la F1 depuis Mike Thackwell : Jaime Alguersuari (espagnol de 19 ans, 11ème en World Series Renault, fils d'un riche et influent patron de presse ibérique) qui débute sa carrière en F1 sur le tourniquet du hungaroring.

La carrière de Sébastien Bourdais a été trop éphémère quand on connait ses capacités de pilote et on peut estimer que son éviction de l'équipe Toro Rosso est exagérée (l'écart entre lui et son coéquipier est par exemple beaucoup moins important qu'entre Rosberg et Nakajima qui est protégé par Toyota) et Tost a pris le prétexte du manque de résultat pour faire rentrer de l'argent dans le team italien.

Il reste maintenant à Sébastien bourdais de retrouver une place dans une catégorie où il pourra s'exprimer pleinement comme en Nascar. Celui-ci a été victime de son manque de sponsor personnel et parfois de son franc-parler qui a pu déranger la bonne langue de bois de mise en F1 alors que ses difficultés sur la piste n'étaient pas plus importantes qu'un autre pilote. La déception est difficile à digérer pour un quadruple vainqueur de Champcar qui a fait tout ce qu'il devait pour mériter sa place de manière pérenne en F1.