Tout comme Nico Rosberg, Kazuki Nakajima ou Markus Winkelhock dont les pères ont été présents en F1 par le passé, c'est au tour de Nelson Piquet Jr d'intégrer la catégorie reine à partir de la saison 2008.

Nelson Ângelo Tamsma Piquet Souto Maior est le fils de Nelson Piquet et de Sylvia Tamsma. Ses parents se sont séparés peu après sa naissance. Il a vécu avec sa mère à Monaco jusqu'en 1993, date à laquelle il est parti pour le Brésil avec son père, alors jeune retraité. La même année, il fait ses débuts en karting. Il court durant huit ans dans cette discipline et remporte de nombreux titres nationaux.

La monoplace

En 2001, à l'âge de 16 ans, il fait ses débuts en monoplace, poussé par son père. Nelson monte même sa propre écurie pour soutenir son fils, une pratique qu'il renouvellera jusqu'en GP2. Piquet Jr. courra donc toujours pour Piquet Sr. Il fait ses débuts dans le championnat sud-américain de Formule 3 et se fait remarquer. Lors de sa première saison, il obtient de jolis résultats, puis remporte facilement le titre de champion en 2002. La même année, il participe à quelques épreuves du championnat brésilien de Formule Renault.

En 2003, Nelsinho part pour l'Europe et s'engage dans le célèbre championnat britannique de Formule 3 avec une Dallara de l'écurie de son père, Piquet Sports. Il se révèle très rapide et se mêle à la course au titre. Il termine ainsi le championnat à la troisième place, avec six victoires. En fin de saison, l'écurie Williams-BMW lui offre un premier test en Formule 1 aux côtés d'un autre fils de champion du monde, Nico Rosberg. Nelsinho a cependant encore beaucoup de chemin à faire pour arriver en F1. En 2004, il franchit une étape importante en remportant le championnat britannique de Formule 3 avec sept victoires et une kyrielle de podiums pour seulement trois abandons. Il succède ainsi à son père, vainqueur en 1978, au palmarès de ce championnat, dont il est, à 19 ans, le plus jeune champion de l'histoire. À la fin de l'année, il est de nouveau convié à des essais en Formule 1 par Williams, qui espère en faire son pilote d'essais.

En 2005, il participe au championnat GP2, la dernière marche avant la Formule 1. Son père le soutient à nouveau et monte une nouvelle écurie, HiTech/Piquet Sports. Nelsinho connaît une année plutôt difficile et doit attendre la fin de la saison pour remporter une course, à Spa-Francorchamps. Il ne termine le championnat qu'à la huitième place, et tous les observateurs s'accordent à dire qu'il a déçu. Cela n'empêche pas l'écurie BAR-Honda de le convier à de nouveaux essais en Formule 1. Durant l'intersaison 2005-2006, il participe à l'A1 Grand Prix avec l'équipe nationale brésilienne. Il remporte les deux premières courses à Brands Hatch, qui seront ses seuls succès de l'hiver.

En 2006, Nelsinho est contraint de poursuivre l'aventure en GP2. Il commence bien avec une première victoire à Valence, mais il va ensuite connaître de nombreuses difficultés. Le championnat est en effet dominé par le jeune prodige britannique Lewis Hamilton, contre lequel il ne peut pas grand-chose. En fin de saison, il reprend toutefois du poil de la bête avec trois victoires, dont une sous la pluie à Budapest, qui fait l'admiration de tous. Mais il est trop tard et Hamilton est finalement sacré lors de la dernière manche à Monza. Le jeune Brésilien se contente donc du titre de vice-champion du monde.

Cette saison, Nelsinho fait également ses débuts en endurance. En janvier, il remporte les Mil Milhas d'Interlagos sur une Aston Martin aux côtés de Christophe Bouchut, Helio Castroneves et... Nelson Piquet Senior lui-même ! En juin, il participe pour la première fois aux 24 Heures du Mans, toujours sur une Aston Martin du Russian Age Racing. Avec Antonio Garcia et David Brabham, il termine l'épreuve à la neuvième place, quatrième de la catégorie GT1.

Fin 2006, il franchit une nouvelle étape en signant un contrat de management avec Flavio Briatore, le patron de Renault F1. En 2007, il devient pilote d'essais et de réserve pour la marque au losange. Il ne participe cette année-là qu'à des essais privés. À la fin de la saison, il obtient enfin ce qu'il attend depuis de nombreuses années : une place de titulaire en Formule 1. Il est promu second pilote de l'équipe Renault, aux côtés du double champion du monde Fernando Alonso.

En F1 avec Renault

Dire que les débuts de Nelsinho en Formule 1 sont difficiles est un euphémisme. Au cours de la première moitié de la saison, le jeune Brésilien n'a cessé de décevoir. Certes, la Renault R28 est une voiture ratée et il ne peut pas viser les points à son volant. Mais il est surtout constamment dominé par Alonso et se montre, en qualifications comme en course, des plus transparents. Il est également coutumier des voitures détruites : accrochage au départ à Melbourne, collision avec Sébastien Bourdais à Barcelone, choc contre le rail de Sainte-Dévote à Monaco, tête-à-queue à Montréal alors qu'il était dans les points... On lui reproche également son attitude jugée trop nonchalante. Peu avant l'été, Nelsinho est sur un siège éjectable et l'on commence déjà à s'interroger sur le nom de son successeur.

La renaissance commence au Grand Prix de France, où il marque ses premiers points en terminant septième, devant Alonso ! Après un abandon sous la pluie anglaise, il participe au Grand Prix d'Allemagne à Hockenheim. Ce week-end commence très mal pour le Brésilien, qui se qualifie 17e. Sur une stratégie à un arrêt, il végète en début de course en fond de peloton avec une monoplace lourde. Il effectue son unique arrêt à la mi-course, alors que se produisent l'accident de Timo Glock et l'entrée en piste de la voiture de sécurité. Quasiment tous les pilotes rentrent alors aux stands pour ravitailler, et il en profite pour tous les dépasser ! Lorsque la course reprend, il est troisième, derrière Hamilton et Heidfeld, mais ces derniers doivent encore effectuer un arrêt, et il se retrouve en tête au 54e tour. Alors qu'il reste 14 tours à effectuer, Nelsinho est en passe de remporter son premier Grand Prix. Malheureusement pour lui, il est rapidement rattrapé par la McLaren d'Hamilton qui remonte comme une fusée. Après six tours en tête, le Brésilien est facilement dépassé par le Britannique, mais il réussit tout de même à conserver sa deuxième place, offrant ainsi à Renault son premier podium de la saison.

Après ce bon résultat, il retombe malheureusement dans ses travers du début de saison. A nouveau complètement dépassé par Alonso, il commet de nombreuses erreurs en course et termine trois fois dans le rail, à Spa, à Singapour et à São Paulo. Il ne réalise que deux bonnes performances : une sixième place en Hongrie et une quatrième place au Japon. Son accident à Singapour n'est toutefois pas inutile : il permet à la voiture de sécurité d'entrer en piste et à Fernando Alonso, seul pilote à avoir effectué son ravitaillement, de dépasser tous ses concurrents et de remporter la course. Cet accident providentiel n'est pas le fruit du hasard : le jeune pilote a manigancé cette combinaison avec Flavio Briatore et Pat Symonds. Mais pour l'heure, cet « incident » ne choque personne... Il termine son premier championnat du monde à la douzième place du classement général.

Alors que beaucoup d'observateurs le voyaient remplacé par Romain Grosjean, Renault a finalement décidé de le conserver pour 2009, mais il n'a pas le droit à l'erreur. De nouvelles erreurs signifieraient la fin de sa carrière en Formule 1. Il commence mal cette saison décisive. En effet, si la Renault R29 est loin d'être un foudre de guerre, le jeune Brésilien est à nouveau complètement dépassé par Alonso. En Australie, Nelsinho termine sa course dans le bac à graviers à cause d'un problème de freins. Treizième en Malaisie, il réalise une très mauvaise course en Chine, multipliant les erreurs sous la pluie et ne parvenant à franchir la ligne d'arrivée que par miracle. Après une dixième place à Bahreïn, il est de nouveau mis sur la sellette par Flavio Briatore. Ses performances ne s'améliorent absolument pas : douzième en Espagne, abandon sur accrochage à Monaco, seizième en Turquie (malgré une belle passe d'armes avec Hamilton), douzième en Grande-Bretagne et dixième en Allemagne. Le Grand Prix de Hongrie, le 26 juillet, est sa dernière chance. En effet, pour la première fois de la saison, il dispose exactement de la même voiture qu'Alonso, ce qui doit lui permettre d'obtenir enfin un résultat satisfaisant. Malheureusement, il ne se classe que quatorzième lors des qualifications (alors qu'Alonso décroche la pole position) et termine la course à une place anonyme, douzième. Une semaine plus tard, il annonce avoir été renvoyé par Renault et accuse Briatore de harcèlement moral durant chaque week-end de Grand Prix.

Mais un mois plus tard, ce sont des accusations beaucoup plus graves que Nelsinho et son père vont porter, lequel garde rancune à Briatore de l'avoir renvoyé en 1991. Les deux Piquet révèlent que Briatore et Symonds ont ordonné à Nelsinho de provoquer un accident lors du Grand Prix de Singapour 2008 afin de favoriser la course d'Alonso. La FIA s'empare du dossier, tandis que Renault porte plainte contre Piquet pour dénonciation calomnieuse et chantage. Mais à la mi-septembre, la marque française retire sa plainte et licencie Briatore et Symonds. Le 21 septembre, le tribunal de la FIA les a convaincus de tricherie. L'Italien est exclu à vie de la compétition automobile et Symonds est radié pour cinq ans. Nelsinho, quant à lui, s'en sort sans aucune sanction.

Après la F1

Pour la saison 2010, il est brièvement annoncé dans la nouvelle écurie Campos, mais le projet ne se concrétise pas. Sa réputation étant entachée par l'affaire de Singapour, il change complètement d'univers et s'engage dans la troisième division de la NASCAR, la Camping World Truck Series. Il fait ses débuts à Daytona sur une Toyota Tundra de l'écurie Red Horse Racing et termine sixième. Plus tard dans la saison, il est engagé pour trois épreuves avec Billy Ballew Motorsports, toujours sur une Toyota.

Il participe à deux saisons complètes en Camping World Truck Series, puis en Xfinity Series, et son aventure américaine se solde par de nombreux podiums et trois victoires. On le voit également engagé épisodiquement en endurance, en Indy Lights ou en rallycross.

Mais c'est surtout en Formule E que Nelsinho connaît un succès qui le rapproche un peu plus de la légende familiale. Engagé avec l'écurie China Racing pour la saison inaugurale de Formule E, la régularité du Brésilien (cinq podiums, dont deux victoires) lui permet d'être sacré champion à la fin de la saison.

Malgré ce titre, ni son écurie, dépassée par la concurrence dès l'année suivante, ni son transfert chez Jaguar ne lui permettent d'obtenir à nouveau d'aussi bons résultats. Finalement, Nelsinho quitte la grille de départ en plein milieu de saison et se tourne vers d'autres aventures, comme le Stock Car Brasil, où il décroche encore quelques victoires.