En tant que pilote de F1 (Williams-Toyota en 2009), il a disputé 36 Grands Prix entre 2007 et 2009 (9 points). Son meilleur classement a été une 6eme place en Australie en 2008. Par la suite, il est devenu un très bon pilote d'endurance, champion du monde de la discipline en 2019 et 2020 (2eme en 2017 et 2021 ; 17 victoires). Vainqueur des 24 Heures du Mans en 2018 (auteur de la pole), 2019 et 2020 au volant d'une Toyota (premier pilote japonais vainqueur au volant d'une voiture nippone ; 2ee en 2021 et 4eme en 2013 ; 10 participations). Il a également remporté les 6 Heures de Fuji en 2012, 2017 et 2019, les 6 Heures de Silverstone en 2017, les 6 Heures de Spa-Francorchamps en 2017, 2018, 2019 et 2021, les 6 Heures de Shanghai en 2017, les 6 Heures de Bahreïn en 2017 et les 1 000 Miles de Sebring en 2019. Il est le fils du grand pilote Satoru Nakajima , véritable îcone du sport automobile au Japon.