Sebastian Vettel prøvede for første gang kræfter med en Formel 1 racer i 2005, da han blev hyret ind som testkører hos Williams.  I 2006 var det så Sauber, der overtog Vettels stærke egenskaber som ung og utrolig hurtig testkører. En rolle han blev tildelt i 2007 sæsonen, hvor han dog hurtigt blev kapret som grandprix-kører hos Toro Rosso holdet, der ejes af Red Bull, hvor Vettel blev tilknyttet talentudviklingsprogrammet.   I 2008 sikrede han sig en pole position ved det italienske grandprix den 13. september 2008 og blev dermed med den yngste kører nogensinde til at få en pole position. Dagen efter vandt han grand prix'et i kraftigt regnvejr. De stærke præstationer for Toro Rosso gjorde at Red Bull gav ham et sæde for næste sæson. I sin første sæson for Team Red Bull i 2009 kørte Vettel sammen med australske Mark Webber. Allerede i den sæson viste han, at han var meget hurtig. Sæsonen bød nemlig på fire løbssejre i henholdsvis Kinas Grand Prix, Storbritanniens Grand Prix, Japans Grand Prix og ved Abu Dhabis Grand Prix. Han formåede også at få 4 pole positions, 8 podieplaceringer og 3 hurtigste omgange. I Kina var det samtidig også Team Red Bulls første sejr nogensinde. Vettel endte sæsonen på en 2.-plads og måtte se sig slået af den britiske Jenson Button. 2010 blev et endnu bedre år for Vettel, og selvom han gennem hele sæsonen lå efter Webber, var det ham der løb med verdensmesterskabet efter et utroligt spændende sidste løb på Yas Marina Circuit i Abu Dhabi. Med dette verdensmesterskab blev Vettel den yngste verdensmester i Formel 1.  I 2011-sæsonen havde Vettel allerede en chance for at blive kåret som verdensmester efter 14 ud af 19 løb. Det krævede dog, at han vandt løbet i Singapore, samtidig med at han var afhængig af hvilken placering de andre kørere i top 5 fik. Alonso måtte højst komme på plads nummer fire, mens Button og Webber ikke måtte nå tredjepladsen. Da Button blev nummer 2 og Webber 3, måtte Vettel vente på løbet i Japan. Her blev Vettel nummer 3 efter Button og Alonso, hvorved han sikrede sig verdensmesterskabet. Han fik ni sejre i denne sæson, fire 2.-pladser og en 3.-plads. Han kvalificerede sig 12 gange på pole. I 2012 sikrede den unge tysker sig endnu et mesterskab, men efter en usikker start på sæsonen, var det Vettel, der var i jægerens rolle, og først i det sidste løb i Brasilien lykkedes det ham at sikre sig sit tredje mesterskab, med kun 2 point ned til Alonso. Han blev dermed den yngste tredobbelte Formel 1-vinder nogensinde. 2013 blev endnu en succesfuld sæson for den hurtige tysker. Efter en lidt svingende start, hvor det så ud til, at Fernando Alonso måske kunne vippe ham af pinden, skruede Vettel op for tempoet i anden halvdel af sæsonen. Han gjorde rent bord ved at vinde sæsonens 9 sidste løb i streg - sammenlagt sejrede han i 13 ud af 19 løb og blev således en suveræn verdensmester - hans fjerde titel i træk. Titlen kom i hus den 27. oktober 2013, hvor Vettel vandt på Buddh International Circuit i New Delhi. Det gav ham en samlet pointscore på 322, som ikke kunne indhentes af Alonso med 207 point. Han blev dermed den yngste firedobbelte Formel 1-verdensmester nogensinde. Vettel fejrede det med en såkaldt "doughnut"-dækafbrænder på målstregen - hvilket han indkasserede en bøde på 25.000,- Euro for. I 2014 blev der vendt op og ned på mangt og meget i Formel 1. Nye, omfattende regelændringer betød, at alle hold skulle bygge en helt ny bil op fra bunden, og især overgangen til turbomotorer fik stor betydning for magtbalancen på asfalten. Red Bull var pludselig ikke holdet med den bedste bil, og Sebastian Vettel kæmpede indædt med at tilpasse sin kørestil til den nye bil. Det lykkedes aldrig rigtig for ham, og 2014 blev alt i alt en skuffende sæson, hvor den sejrsvante tysker ofte måtte se andre kørere indtage podiet. Kun 4 gange i løbet af sæsonen nåede Vettel på podiet, og status blev en skuffende 5. plads i det samlede regnskab. Ved slutningen af sæsonen skiftede han Red Bull ud med Scuderia Ferrari, som han kørte for fra 2015, med Kimi Räikkönen som makker I 2015-sæsonen var Sebastian Vettel klar til at prøve kræfter med Ferrari. Han blev sat sammen med sin gode ven Kimi Raikkonen, så der var håb om at Vettel endelig var kommet til et hold, hvor han kunne finde ro uden at skulle bøvle med sin holdkammerart. Det lykkedes og da sæsonen var over lå Vettel nummer tre i kørermesterskabet og Ferrari var sluttet som nummer to i konstruktør mesterskabet. Under denne sæson vandt Vettel i Malaysia, Ungarn og Singapore. Ud over disse sejre var det blevet til yderligere ti podieplaceringer. Løbet i Malaysia blev den 40. sejr i Formel 1 regi for Vettel. Ferrari fik dermed deres første sejr siden Spaniens Grand Prix 2013. Den 26. juli 2015 vandt han sin 41. Formel 1-sejr, og matchede Ayrton Sennas antal af sejre. 2016 blev endnu en sæson hos Ferrari og med holdkammeraten Kimi Räikönnen. Det var en sæson med store forventninger til Vettel, man regnede med, at Vettel skulle kæmpe med om mesterskabet, men det blev en skuffende sæson for Vettel, han fik nemlig ikke en eneste sejr. Den 26. marts 2017 tog Vettel sin sejr nummer 43 i Australiens Grand Prix 2017 efter en helt sæson uden sejr.