Originaire du Mans, il est un pilote polyvalent qui court actuellement à la fois en endurance et en championnat Indycar. Il a été un phénomène du sport automobile aux Etats-Unis ! Il fut le premier français à s'imposer en ChampCar avec l'écurie Newman-Haas Racing, cela quatre fois de suite , du jamais vu dans cette série américaine. Meilleur débutant en 2003 avec 3 victoires, il remporte le titre en Champcar en 2004, 2005, 2006 (égalant le record mythique de Ted Horn, titré de 1946 à 1948) et 2007. 54 courses après sa dernière victoire en IndyCar Series, il a retrouvé le chemin de la victoire en s'imposant à Toronto en juillet 2014. Il totalise 37 victoires pour un total de 57 podiums en 224 courses en CampCar/IndyCar (34 poles). En juillet 2015, il s'est imposé pour la première fois sur une ovale en IndyCar, à Milwaukee. Il remporte son dernier succès en juin 2016 dans les rues de Detroit. Avec ses 36 succès en monoplace IndyCar, il occupe la 6eme place au nombre de victoires juste derrière un pilote mythique, l'Américain Al Unser. En 2008, il délaisse le Champcar pour la Formule 1 au sein de l'écurie Toro Rosso, aux côtés de l'allemand Sebastian Vettel puis du Suisse Sébastien Buemi en 2009. Il termina 6eme de sa première course en Formule 1, au Grand Prix d'Australie. Au total, il a marqué que 6 points en 27 courses (deux fois 7eme : en Australie et en Belgique en 2008). En juillet 2009, l'écurie Toro Rosso s'est séparé de lui à cause de ses faibles résultats (il a été remplacé par Jaime Alguersuari ).

Il est également un très bon pilote d'endurance (lui manque encore une victoire dans la course reine des 24 Heures du Mans où il termina trois fois 2eme), vainqueur des prestigieuses 24 Heures de Daytona en 2014 (2eme en 2015, 3eme en 2020 et 2023 ; 1er dans la catégorie GTLM en 2017 avec Ford) et des 12 Heures de Sebring en 2015 et 2021 (2eme en 2009 et 2010, 3eme en 2014). Il termina 2eme des 24 Heures du Mans en 2007, 2009 et 2011 (4eme en 2000 et 2023 ; auteur de la pole-position en 2007 et 2010 ; 12 participations depuis 1999). En 2016, il remporta la course en catégorie GT avec Ford. 2eme des 1 000 km du Mans en 2004. Parmi ses autres succès : les 6 Heures d'Imola, les 6 Heures d'Indianopolis, les 6 Heures  de Silverstone et les 6 Heures de Zhuhai en 2011. Il a également gagné les 24 Heures de Spa en 2002 ainsi que les 1000 km de Spa en 2010. Champion international de F3000 en 2002 (4eme en 2001 ; 4 victoires et 8 poles). Champion de France de F3 en 1999 (8 victoires et 3 poles). Son père Patrick a participé cinq fois aux 24 Heures du Mans (de 1993 à 1997). Le 20 mai 2017, il a été victime de multiples fractures du bassin après un violent accident lors des qualifications du 500 miles d'Indianapolis.