David commence sa carrière à l'âge de 12 ans par le karting. De 1983 à 1985, il remporte trois titres écossais de karting en catégorie junior. En 1986, il passe à la catégorie supérieure et enchaîne également en remportant trois titres. Il remporte également en 1987 et 1988, deux titres britanniques de karting en Super-1.

En 1989, il passe à la Formule Ford 1600 britannique et devient champion. L'année suivante il passe en GM Lotus et termine quatrième du championnat. Il passe ensuite à la Formule 3 britannique et termine vice-champion. Puis c'est la F3000 en 1992, où il termine neuvième, puis se classe troisième en 1993, où il devient pilote-essayeur en F1 pour l'écurie Williams.

Williams

En 1994, l'écurie Williams doit trouver un remplaçant à Ayrton Senna, décédé lors du Grand Prix de Saint-Marin. Prost et Patrese sont à la retraite, Mansell est bloqué par ses contrats aux USA, Frentzen décide de rester chez Sauber, Williams est donc "contraint" de faire débuter David, même si ce dernier sait que sa saison sera écourtée par le retour de Nigel Mansell qui participera aux trois dernières manches. Ses résultats, restent tout de même satisfaisants avec cinq entrées dans les points, dont une deuxième place lors du Grand Prix du Portugal très près de son coéquipier Damon Hill.

David a tellement impressionné que Williams et McLaren s'affrontent sur un plan juridique pour s'emparer du pilote écossais, qui courra finalement la saison 1995 toujours avec Williams. Coulthard monte souvent sur le podium et remporte sa première victoire sur le circuit d'Estoril. Il termine le championnat à la troisième place mais quelques gaffes et le fait qu'Hill le dépasse en performances font qu'il doit quitter Williams au profit de McLaren-Mercedes, chez qui il va rester neuf saisons.

McLaren

De 1996 à 2001, il épaule Mika Häkkinen. David va renouer avec le succès à partir de l'année 1997, avec deux victoires à Melbourne et à Monza et une troisième place au championnat. Mais à partir de 1998, il se retrouve encore en position de second pilote, et son coéquipier finlandais va en chaîner deux titres mondiaux, tandis que le pilote écossais doit se contenter plusieurs fois de terminer à la deuxième place en course, ce qui ne l'empêche pas d'enlever d'autres victoires et de terminer troisième et quatrième au championnat.

En 2000, il remporte trois Grand Prix mais les pilotes McLaren terminent deuxième et troisième derrière Michael Schumacher qui entame sa domination. David est de nouveau troisième, c'est la quatrième fois en six saisons.

En 2001, Häkkinen a un passage à vide, ce qui permet au pilote écossais titiller Schumacher en début de saison. David s'imposer deux fois avant de se faire irrémédiablement distancer par Schumacher et de terminer vice-champion du monde. En 2002, Mika est parti, et face à l'inexpérimenté Räikkönen, Coulthard est enfin officiellement le n°1 de son équipe. Devant la suprématie des Ferrari, il réussit néanmoins à enlever la victoire sur le circuit le plus difficile du monde, Monaco. Mais l'âge d'or est passé pour lui, il termine cinquième du championnat.

En 2003, malgré son bon début de saison avec une victoire en Australie, il est largement dépassé par Räikkönen qui va disputer le titre à Schumacher. L'écossais termine la saison à la septième place au championnat. En 2004, David ne gagne plus, ne monte plus sur le podium, n'est plus aux avant-postes. Une moribonde dixième place aura raison de lui, ce sera la dernière saison pour McLaren, Ron Dennis lui préférant le Colombien Juan-Pablo Montoya.

Red Bull

Pour la saison 2005, David signe avec Red Bull qui vient d'arriver en F1. Même si sa saison peut apparaître décevante, car sans podium, pour un pilote qui a plus d'une dizaine de victoires à son palmarès. Il parvient néanmoins à réaliser de bons résultats compte tenu de son matériel, notamment en terminant quatrième à deux reprises, et en menant très brièvement la course au Nürburgring et à Suzuka. C'est avec un désir de s'améliorer que David Coulthard reste chez Red Bull Racing en 2006. Une année globalement décevante si on la compare à 2005. En revanche, un bon point pour lui, à Monaco, sur le tracé le plus sinueux du monde de la F1, il termine à la troisième place, son premier podium après deux ans et demi de disette !

Il poursuit l'aventure avec Red Bull-Renault en 2007 aux côtés de Mark Webber. La monoplace, conçue par Adrian Newey, alterne le bon et le moins bon. Si elle est plus rapide que sa devancière, sa fiabilité est loin d'être exemplaire et David connaîtra cette saison-là beaucoup d'abandons. Il réussit tout de même à inscrire quelques points et à tirer son épingle du jeu dans des conditions pluvieuses, comme au Nürburgring et à Fuji où il finit cinquième et quatrième.

En 2008, David, doyen du plateau à 37 ans, attaque sa quinzième année en F1. Mais c'est la saison de trop. Au volant d'une RB4 plutôt médiocre, l'Ecossais va être victime d'un grand nombre d'accidents et d'accrochages tout au long de la saison, dont certains auraient pu mal se finir. Totalement dominé par Webber, il n'émerge qu'une seule fois, au Canada où il décroche la troisième place, son dernier podium. Dès l'été, il annonce sagement sa retraite pour la fin du championnat. Sa dernière course au Brésil se termine dès le premier virage, après un accrochage avec Nakajima.

L'après F1

Après 246 Grands Prix disputés, David Coulthard se retire donc de la compétition, mais pas vraiment de la F1. Il conserve ainsi chez Red Bull un volant d'« essayeur » (poste qui ne signifie plus grand-chose avec la disparition des essais privés). Il devient également commentateur pour la BBC. En 2010, à 39 ans, il s'engage en DTM, le championnat de voitures de tourisme allemand, où il pilote une Mercedes du Mücke Motorsport. Il termine le championnat à la seizième place en n'ayant marqué qu'un seul point. L'année suivante, toujours en DTM il termine à la même position avec de nouveau un seul point au compteur. En 2012, il participe à une troisième saison et se classe quatorzième avant d'annoncer qu'il met fin à sa carrière de pilote.