Yuki Tsunoda effectue ses débuts en karting en 2009 et intègre en 2016 le championnat japonais de Formule 4 pour les deux dernières courses de la saison durant lesquelles il obtient pour résultat une deuxième puis une quatrième place.

Il est recruté l'année suivante par Honda et rempile pour une deuxième saison de F4 japonaise et termine le championnat la troisième place du championnat avant d'être sacré champion en 2018.

Les liens entre Honda et RedBull Racing lui permettent d'intégrer le RedBull Junoir Team en 2019. Pour son arrivée en Europe, il participe simultanément à l'Euroformula Open, y terminant quatrième du championnat, et au championnat de Formule 3 FIA dans lequel il obtient son unique victoire de la saison à Monza pour finir neuvième du championnat.

Grâce à l'appui de Honda qui souhaite voir le plus rapidement possible un pilote japonais en Formule 1, Yuki accéda à la F2 en 2020. Il termine troisième du championnat avec trois victoires et à seulement quinze points du champion, Mick Schumacher.

C'est sans grande surprise que Yuki franchit le pas la saison suivante pour intégrer l'écurie sœur de RedBull, AlphaTauri motorisé par Honda. Pour son premier Grand Prix dans la catégorie reine, il inscrit ses premiers points en terminant neuvième.