L'un des pilotes français les plus doués en F1. Né à Genève, il possède la double nationalité franco-suisse mais court sous licence tricolore. Champion d'Europe de F3 Euroseries en 2007 (6 victoires). Champion de France Formule Renault en 2005. En 2008, il est devenu pilote essayeur en Formule 1 au sein de Renault et court également en GP 2, et remporte le titre en 2011 (8 victoires au total). Vainqueur dès sa première saison en GP 2 Asie Series avec au total 4 victoires en 2008. En août 2009, il a été engagé par Renault comme pilote de F1 (après le renvoi du  brésilien Nelson Piquet jr) et devient le premier Français à piloter une Renault en F1 depuis Patrick Tambay en 1985. Le 23 août 2009, il a disputé son premier Grand Prix, celui d'Europe à Valence (179 courses au total dont 59 dans les points, 391 points marqués, 1 meilleur tour). Auteur de 10 podiums : Bahreïn, Canada et Hongrie en 2012, Bahreïn, Allemagne, Corée du Sud, Japon, Inde et Etats-Unis en 2013 puis Belgique en 2015. 7eme au classement fial du championnat du monde 2013, son meilleur résultat. Il est devenu à Bahrein en 2012 le premier français à monter sur le podium d'un GP depuis Jean Alesi en 1998. Il a quitté Lotus à la fin de 2015 pour rejoindre l'écurie américaine Haas en 2016, à qui il apporte ses premiers points lors du GP d'Australie en 2016. Il a failli de se tourner vers la compétition de ski avec un grand-père, Fernand Grosjean, vice-champion du monde de slalom géant en 1950 sous les couleurs de la Suisse. Le 29 novembre 2020 en début de course au GP de Bahrein, il a survécu à un effroyable accident lors d'un crash (choc des 53G soit 53 fois son poids) contre un rail de sécurité. Il a pu s'extraire presque indemne de sa monoplace coupée en deux et en flammes. Sa carrière en F1 s'est terminée après cet accident. Depuis 2021, il participe a au Championnat IndyCar aux Etats-Unis pour Dane Coyne Racing, Andretti Autosport puis à partir de 2024 pour Juncos Hollinger Racing (élu meilleur rookie en 2021 ; 6 podiums et 3 poles en 47 courses).