Po letech na motokárách strávil ročníky 2004 a 2005 v Německé Formuli BMW. V první sezóně skončil celkově na 3. místě, o rok později na 2. místě. V roce 2005 si také zazávodil v FBMW World Final.
Formule 3
Ještě v sezóně 2005 odjel jeden závod ve Formuli 3, Grand Prix Španělska. Od roku 2006 se stal stálým jezdcem, celkově byl na 12. místě. V této sérii zůstal i v sezóně 2007 a obsadil celkové 2. místo. V témže roce závodil i ve speciální Ultimate Masters of Formula 3 a v Macau Grand Prix.
V GP2 se poprvé objevil při Grand Prix Monaka v roce 2007, když nahradil zraněného Michaela Ammermüllera v týmu ART Grand Prix. V tomto závodě dojel na solidním 7. místě. V témže roce se připojil k týmu Arden International v Asijské sérii GP2. Jednou dosáhl na vítězství a čtyřikrát byl druhý, což mu vyneslo celkové 2. místo.
Se stejným týmem pokračoval i v sezóně 2008 v klasické GP2. První vítězství si připsal ve Francii, ve sprintu, když startoval dokonce až z 21. místa. Těžil hlavně z toho, že vyjel na suchých pneumatikách na pomalu usychající trati. Jeho konkurenti zvolili jinak a museli přezouvat. Ke konci sezóny vyhrál ještě jeden závod a celkově se Buemi umístil na 6. místě.
19. září 2008 oznámila stáj Scuderia Toro Rosso, že by s ním ráda podepsala smlouvu na rok 2009. Smlouva byla podepsána 9. ledna 2009. Stal se tak stal prvním Švýcarem od roku 1995 ve Formuli 1 (naposledy jel Jean-Denis Délétraz s vozem Pacific při Grand Prix Evropy 1995).
2009-2011: Toro Rosso
Při svém debutovém závodě porazil svého týmového kolegu, Sébastiena Bourdaise a připsal si premiérový bod. Po diskvalifikaci Lewise Hamiltona ale poskočil ještě o příčku výš a připsal si 2 body. V Číně si dojel pro další bod a měl po 3 závodech vynikající 3 body, další body získal až na konci sezóny v Brazílii a Abú Dhabí. V roce 2011 jel poslední sezónu a byl nahrazen Jeanem-Ericem Vergnem.
Formule E
2014/2015: e.Dams Renault
V roce 2014 uzavřel Sebastian Buemi smlouvu s týmem formule E - e,Dams Renault. Že to s elektrickou formulí umí, ukázal už v testech v Donningtonu, kde pouze jediný den nezajel nejrychlejší čas. I přes nepodařený první závod vyhrál Buemi celkem tři závody (nejvíc ze všech jezdců; v Uruguayi, Monaku a Británii) z jedenácti možných, získal tři pole position, pět pódií a s Nico Prostem získal pro e.Dams pohár konstruktérů. Šampionát jezdců mu unikl v posledním závodě o pouhý bod před Nelsnem Piquetem Juniorem.
2015/2016: Renault e.Dams
Druhou sezónu Renault již v testech naznačil, že je odhodlán pohár konstruktérů obhájit. A v úvodním závodě v Pekingu ukázal vůz Renault Z.E.15 svojí dominanci, když Buemi suverénně zvítězil a jeho kolega Nicolas Prost byl donucen odstoupit z pódiového umístění kvůli poškozenému zadnímu křídlu. A nebýt problémů v Malajsii, zřejmě by Švýcar vyhrál i tam. Chuť si však spravil na ePrix v Punta del Este, kde opět po roce zvítězil.
Týmu se povedlo vítězství z minulého roku obhájit.
.jpg)
