Lucas di Grassi a longtemps eu le statut d'éternel prétendant à une place en Formule 1. Le Brésilien a évidemment commencé sa carrière en Karting. En 2000 il est cinquième du championnat du monde de Formule A, son meilleur résultat dans cette catégorie.

En 2002, Lucas passe à la monoplace et dispute le championnat brésilien de Formule Renault. Il lutte pour le titre avec son compatriote Sérgio Jimenez, et échoue finalement à la deuxième place. En 2003, le voici dans le championnat d'Amérique du Sud de Formule 3, sur une Dallara de l'équipe Avallone. La saison est surtout marquée par un terrible accident qu'il subit à Curitiba. Blessé, il manque six courses, mais termine tout de même vice-champion derrière Danilo Dirani, avec une victoire au compteur. La même année, Lucas fait ses débuts en Europe en F3 Euroseries, et dispute quatre courses avec le Prema Powerteam. Il se fait positivement remarquer par une quatrième place dans les rues de Pau.

La saison suivante, en 2004, le Brésilien se retrouve en F3 britannique, avec Hitech Racing. Il réalise une bonne année, gagne deux courses et se classe huitième au classement. Lors du prestigieux Grand Prix de Macao, il parvient à monter sur le podium. Membre du Renault Drivers Development, il effectue également ses premiers essais en Formule 1 au volant d'une Renault R24. Il ne sait pas encore qu'il va devoir patienter six ans pour débuter en Grand Prix...

Pour 2005, il fait son retour en F3 EuroSeries, avec l'équipe Manor. La saison est dominée par le team ASM mené par Lewis Hamilton et Adrian Sutil, mais Lucas parvient tout de même à accrocher la troisième place au classement final, grâce à une victoire et à une belle régularité. Il connaît la consécration à la fin de l'année en remportant le Grand Prix de Macao, certes en l'absence du favori Hamilton.

A 22 ans, en 2006, Lucas atteint le dernier échelon avant la Formule 1, le GP2. Il débute avec l'équipe italienne Durango. Il connaît une année d'apprentissage difficile, puisqu'il ne marque que huit points et finit dix-septième au classement final. Son meilleur résultat est une cinquième place en Turquie. Une performance décevante donc, surtout que Lewis Hamilton, son rival en F3 britannique, a facilement été sacré champion. Toutefois, l'année 2007 s'annonce pour lui sous les meilleurs auspices. Toujours parrainé par Renault, il est engagé par l'équipe ART, championne en titre. Et effectivement le Brésilien va disputer la course au titre contre Timo Glock. Très régulier, il ne remporte toutefois qu'un seul succès, à Istanbul, tandis que Glock monte cinq fois sur la plus haute marche du podium. L'Allemand est finalement sacré, mais Lucas fait un beau vice-champion. Toutefois, s'il effectue toujours des essais pour Renault, aucun baquet de Formule 1 ne lui est proposé.

Durant l'hiver 2007-2008, il teste le nouveau modèle du GP2, mais n'obtient pas de volant pour la saison 2008. Cependant, il intègre au bout de quatre courses l'écurie Campos, en remplacement de Ben Hanley. Il va démontrer qu'il n'a rien perdu de son talent en accumulant les points, et surtout en remportant trois courses, en Hongrie, à Valence et à Monza. Il semble un moment pouvoir jouer le titre contre Giorgio Pantano, mais l'Italien s'impose au final, avec seulement douze points d'avance sur Lucas.

Après cette brillante saison, il semble que l'heure soit venue pour lui de débuter en F1. Renault envisage de le titulariser en remplacement de Nelson Piquet Jr, mais celui-ci est finalement reconduit. Pis encore pour Lucas, le poste de troisième pilote lui passe sous le nez au profit de Romain Grosjean, tandis qu'il doit se contenter du rôle de n°4. L'équipe Honda se tourne alors vers lui et l'invite à effectuer des essais. Peine perdue, l'équipe japonaise se retire à la fin de la saison.

Lucas, qui à 24 ans commence à devenir l'« éternel prétendant » à la F1, doit continuer à ronger son frein en 2009. Il retourne en GP2, cette fois-ci avec Racing Engineering. Il fait du petit bois de son équipier Dani Clos, gagne à Istanbul, multiplie les places d'honneurs, et conclut la saison à la troisième place. Un championnat de haute facture, qui démontre surtout qu'il n'a plus rien à prouver en GP2.

Sur le front de la Formule 1, Renault renvoie Piquet en juillet et le remplace par Grosjean. Lucas devient alors logiquement le pilote de réserve de la marque au Losange. Peu avant le Grand Prix de Singapour, Grosjean tombe malade. Il croit enfin tenir sa titularisation, après cinq ans d'attente. Mais le Français se rétablit in extremis... et Lucas regarde la course dans son fauteuil.

Fin 2009, Grosjean a déçu une équipe Renault en pleine tourmente. Il est renvoyé, mais la direction fait aussi comprendre à Lucas qu'il ne sera pas son remplaçant. Kovalainen, Piquet, Grosjean, Renault en a assez des débutants qui ne se montrent pas à la hauteur ! Finalement, l'écurie française, rachetée par Gravity, engagera encore un novice, Vitaly Petrov...

Lucas se tourne alors vers les nouvelles petites équipes invitées à participer au championnat du monde 2010. Parmi elles se trouve son ancienne équipe de F3, Manor. La petitesse de la structure rend le projet difficile à aboutir, mais l'arrivée de Richard Branson, patron de la multinationale Virgin, arrange les choses. Branson rachète l'équipe, renommée Virgin Racing, et engage comme pilotes titulaires l'Allemand Timo Glock et Lucas, qui obtient enfin à 26 ans un premier volant en Formule 1.

Malheureusement, la Virgin VR-01, conçue à partir du controversé système de la mécanique des fluides, est une bien mauvaise machine, et jamais le Brésilien ne pourra l'extirper du fond de grille. Tout ce que peut espérer l'équipe britannique en cette saison 2010, c'est devancer leurs rivaux directs de Lotus-Cosworth. Or la Virgin, en plus d'être lente, est peu fiable. Ainsi Lucas termine-t-il son premier Grand Prix à Bahreïn au bout de deux petits tours. Il va connaître tout au long de l'année une invraisemblable série de problèmes mécaniques qui le fond abandonner une fois sur deux. En début de saison, suite à une erreur de conception, son réservoir n'a même pas la capacité nécessaire pour finir une course, ce qui l'oblige à finir le Grand Prix de Malaisie volontairement au ralenti ! Le grotesque est atteint.

Surtout, il est assez largement dominé par son coéquipier Timo Glock. Ce dernier, qui a déjà deux saisons en F1 dans les jambes, le devance toute l'année, aussi bien en course en qualification. Le seul week-end tournant en sa faveur est le Grand Prix d'Europe à Valence. De ce fait, sa situation est très menacée à la fin de saison, d'autant plus que Virgin a besoin d'argent et cherche un pilote payant. Pour ne rien arranger les choses, di Grassi réussit l'exploit de détruire sa monoplace dans le tour de formation à Suzuka, avant de se sortir sous la pluie en Corée. Il faut toutefois noter que ces deux accrocs sont ses seules erreurs grossières du championnat.

Au terme de cette saison évidemment vierge de tout point, Lucas sait qu'il doit faire ses bagages, n'ayant pas le budget nécessaire à la conservation de son volant. Fin décembre Virgin annonce son remplacement par le Belge Jérôme d'Ambrosio.

Devenu pilote d'essai pour Pirelli pendant trois ans, la carrière sur circuit du Brésilien va cependant connaître un rebond. Engagé en 2012 chez Audi dans le renaissant championnat du Monde d'endurance, il monte sur le podium dès sa première course à domicile.

En 2013, il obtient à nouveau deux troisièmes places en deux courses, dont les 24 h du Mans. Engagé à plein temps sur les trois dernières campagnes du WEC menées par Audi, Di Grassi sera un des premiers rôles de la marque aux anneaux. Obtenant deux victoires, onze podiums (dont deux supplémentaires dans la Sarthe), il terminera son ultime saison vice-champion du Monde.

Mais c'est dans une tout autre discipline que le Pauliste va particulièrement briller. Engagé dès la toute première saison du championnat de Formule E en 2014-2015, le pilote va instantanément devenir l'une des icônes de la monoplace électrique. Au sein de l'équipe Audi Sport ABT, il remporte la toute première course du championnat à Pékin. Suivrons cinq podiums faisant de lui l'un des candidats sérieux au titre. Il échoue lors du dernier week-end à devenir le premier champion à Londres, au détriment d'un autre brésilien Nelson Piquet Jr.

Les saisons suivantes seront tout sauf décevantes. Malgré trois victoires et sept podiums en dix courses, il termine vice-champion en 2015-16. Il faudra attendre l'année suivante pour le voir enfin couronné. En 2017-2018, il permet à Audi de remporter le titre par équipe, terminant à nouveau vice-champion. Troisième du championnat la saison suivante, il quittera progressivement avant-postes tout en décrochant au moins deux podiums par an.

Transféré chez Venturi puis chez Mahindra, Di Grassi est actuellement le détenteur de la plupart des records de la Formule E (nombre de départs, nombre de points, meilleurs tours, fanboosts, podiums et victoires à égalité avec Sébastien Buemi).

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