2008-ban megnyerte a Formula BMW európai bajnoki címét,[2] ő lett a legfiatalabb mexikói, aki megnyerte ezt a címet, mindössze 17 évesen. 2010-ben megnyerte az újonnan indult GP3-at, majd 2012-ben a 3. helyen végzett a GP2-ben.
2004-ben a mexikói Rotax Max Challenge-nél kezdte pályafutását, amikor 3 versenyen részt vett. 2005-ben ismét itt versenyzett, a South Bend, Indiana-n 3. helyen végzett, amivel jogosultságot szerzett a Malajziában megrendezett World Finalsba, ahol 22. helyen végzett mechanikus problémák miatt.
2006-ban mind az öt versenyt megnyerte a mexikói Camkart Challenge, majd tovább versenyzett a Rotax Max Challenge-ben, ahol 4. lett.
Formula BMW
2007
2007-ben feljebb lépett és a Formula-BMW Amerikai sorozatában vett részt, ahol a 2. helyen végzett az összetett bajnokságban. 4 győzelmet, 8 dobogót, 9 pole-pozíciót és 3 leggyorsabb kört szerzett, amiért Rookie of the Year díjjal jutalmazták, annak ellenére, hogy csak 2. lett 87 ponttal, a bajnok Daniel Morad mögött.
2008-ban a Formula-BMW európai sorozatában versenyzett, ahol a német és az angol bajnokság egyesült. A bajnokságot megnyerte 26 pontot vert a rivális Marco Wittmannra. Hét győzelmet szerzett a szezon során, ebből hatot egymást követően, ezenkívül még ötször volt dobogós. 16 verseny alatt egyszer volt kénytelen feladni a versenyt, egyszer pedig nem szerzett pontot. A szezon folyamán 353 pontot gyűjtött össze.
2010-ben a GP3-as szériában képviselte magát az ART Grand Prix csapat autójában. Pedro Nunes és Alexander Rossi voltak a csapattársai.[5] Az első versenyhétvégén két 3. hellyel kezdett, majd Istanbul Parkban megnyerte első versenyét a sorozatban. Valenciában pole-ból nyerte meg a futamot, majd ezt megismételte Silverstone-ban és Monzában.[6] 16 versenyből 5-öt megnyert, összesen 9-szer ért el dobogós pozíciót és csak a Monzában megrendezett sprint futamon nem ért célba.[7] Első évében a GP3-as bajnokságot megnyerte 88 ponttal.
GP2
2009
Gutiérrezt az ART Grand Prix hívta először, hogy teszteljen a GP2-ben. 2009. október 6-án ülhetett autóba először Spanyolországban a jerezi pályán. A délelőtt folyamán a 11. legjobb időt érte el, majd délután már a 6. helyen végzett több mint, fél másodperccel lemaradva a leggyorsabb Jules Bianchitól, aki szintén az ART autóját vezette. Harmadik legjobb újonc volt a teszten.[8]November 10-én újra tesztelhetett, de ekkor már a Telmex Arden International autóját vezette Franciaországban a Paul Richard nevezetű versenypályán. Délelőtt 10. lett,[9] míg délután 11. helyen végzett.[10]November 12-én vissza hívták tesztelni, ahol délelőtt a 7.,[11] míg délután a 11. helyen végzett.[12]
2010
2010 végén, miután megnyerte a GP3-at az ART Grand Prix csapatával a 2011-es GP2-szezonra aláírt a GP2-be.[13] Egész novemberben részt vett Abu-Dzabiban a vizsgákon. November 23-án délelőtt 6., míg délután a 2. lett.[14] Második napon délelőtt és délután is az 5. helyen végzett.[15]November 27-én folytatódott a tesztsorozat. Délelőtt az 5. legjobb időt, míg délután már csak a 24. időt autózta. Az összesített eredmény alapján pedig a 17. legjobb időt autózta, míg egész napot nézve ő tette meg a legtöbb kört, szám szerint 62-t.[16] Negyedik nap ismét délelőtt az 5. legjobb idő volt az övé, de délutánra visszaesett a 24. helyre, összesítve pedig a 16. lett.[17]
2011
Miután 2010 végén aláírt az ART Grand Prixhez, utána nevet váltott a csapat és Lotus ART lett 2011-től. Csapattársa lett Jules Bianchi a GP2-ben és a GP2 Asia Series-ben is egyaránt. A 2011-es GP2 Asia Seriesben a 11. helyen végzett, miután a 4. helyen végzett Imolában a sprint futamon. A GP2-ben a 7. versenyén a valenciai pályán szerezte meg első pontjait, miután a 7. helyen végzett, majd a sprint futamot megnyerte és a leggyorsabb kör is az ő nevéhez fűződik.[18]
Összetett 13. helyen végzett a bajnokságban. A Hungaroringen a második helyen végzett a sprint futamon. 2012-ben is marad a csapat pilótája. A Lotus ART Lotus által több támogatást kap a közel jövőben és partneri viszonyba kerültek James Calado-val.[19]
Gutiérrez részt vett a GP2 fináléjában november 12-én. Az első edzésen fél másodperccel gyorsabb volt mint a következő vetélytársa.[20] A 8. helyről kellett volna rajtolnia, de mivel Stefano Colettivel való ütközése során sérült a hátsó szárnya, így a boxban apróbb módosításokat kellett végre hajtani az autón.[21] A 8. helyen végzett az összetett bajnokságban.[22]
2012
A szezont rögtön dupla pontszerzéssel kezdte meg Malajziában, ahol a 2. helyen ért célba a sprint versenyen.[23] Ezután egy harmadik, valamint egy második helyett ért el Bahrainben. A következő versenyhétvégét ugyanitt rendezték meg, ahol a Lotus ART vezetősége úgy döntött, hogy a gumiabroncs kímélése szempontjából az edzés második szakaszában álljon ki, így a 14. helyről vághatott neki a versenynek. Eltérő körülmények között, végül a 10. helyen ért célba, majd a sprint versenyen a dobogóról lecsúszva a 4. helyen intették le.[24][25] A Katalán versenyhétvégén ismét kettős pontszerzésnek örülhetett a csapattal együtt, valamint a 10. és a 7. hely megszerzése mellett az első versenyen a leggyorsabb kör is a nevéhez kapcsolódik.[26]
Monacóban a verseny utolsó köreiben a 8. helyről kényszerült kiállni új orrkúpért, majd néhány kör múlva visszahívták a boxba, így a 23. helyre minősítették, mivel a verseny 90%-át teljesítette.[27] A sprint verseny jobban sikeredet számára mint az előző. Az első körben 10 autó is ütközött, ami lehetővé tette számára hogy a 23. helyről a 12. helyig ugorjon előre. Egyre gyorsabb lett a versenyen, aminek köszönhetően a 8. helyen fejezte be a futamot.[28]
Valenciában büntetést kapott az időmérő edzésen.[29][30] A rajtot követően sikerült a 3. helyig felverekednie magát, majd a biztonsági autó bejövetele után sikerült megtartania a pozícióját. James Calado új szett gumikért való box kiállása során a 2. helyen volt, amikor Fabio Leimer kiesése után az élre állt és megnyerte a futamot, csakúgy mint a tavalyi szezonban.[31] A sprint versenyen neki ment Marcus Ericsson hátuljának, majd magával sodorta Stefano Colettit, valamint Davide Valsecchit, első kiesése volt a szezon során.[32]
Silverstone-ban ismét sikerült futamot nyernie, amivel közelebb került a riválisaihoz.[33][34] Az első pozíciót Fabio Leimertől örökölte meg a 4. helyről.[35] A következő versenyre 10 helyes rajtbüntetést kapott amiért balesetet okozott.[36] A Hockenheimringen a 12. rajthelyet autózta, de mivel Silverstone rajtbüntetést kapott így a 22. helyról rajtolhatott el.[37] A száradó pályán sok pozíciót javított, majd az utolsó körben sikerült megelőznie Ericcsont, így a 10. helyen végzett.[38] A sprint futamon az 5. helyett szerezte meg. Magyarországon vezette is a versenyt, de miután kerékcserén volt a boxba sok időt elvesztett és a 8. helyen fejezte be az első versenyt.[39][40] A sprint futamon Nathanaël Berthon előtt 3,5 másodperccel, míg Luiz Razia előtt 12 másodperccel vezetett. A szezon során ez volt a harmadik győzelme, amivel megerősítette az összetett harmadik helyét.[41]
Belgiumban a szezon során a legrosszabb versenyhétvégéje lett. Jól kezdte a versenyt, de amikor meg akarta előzni Rio Haryantót, a műfüvön megcsúszott és visszaesett a 4. helyre, majd szabálytalan előzésért áthajtásos büntetést kapott és a 11. helyen fejezte be a versenyt.[42] A sprint futamon a kavicságyban kötött ki és a 13. helyen ért célba, ami azt jelentette, hogy a bajnokságban vissza csúszott a 4. helyre.[43]Monzában a 9. helyen végzett.[44] A sprint futamon az első körben megsérült az első szárnya, a leszorító erő gyenge volt és a falnak csapódott a parabolikának, ami azt jelentette, hogy ez a második futama volt a szezonban, amelyen nem ért célba.[45]Szingapúrban volt esélye az összetett 3. helyett megszereznie. A 3. helyről rajtolt,[46] majd megelőzte Luca Filippit, de Max Chiltont már nem tudta megelőzni, de a leggyorsabb kör az ő nevéhez fűződött amellett, hogy 2. helyen végzett.[47] A sprint futamon a 6. helyen végzett, ezzel megszerezve a bajnokságban a 3. helyett.[48]
A 2011-es kanadai nagydíjon majdnem debütálhatott, mivel Sergio Pérez a 2011-es monacói nagydíjon balesetet szenvedett.[54] Mivel a csapat teszt- és tartalék pilótája volt, ezért neki kellett volna helyettesítenie, de mivel nem volt elegendő tapasztalata még, mivel nem vett részt még szabadedzéseken, így a csapat úgy döntött, hogy az egykori pilótájuk, Pedro de la Rosa helyettesíti Sergio Pérezt.[55] Gutiérrez kijelentette, hogy készen áll a versenyzésre.[56]
2012 novemberében bejelentették, hogy a 2013-as idényre a Sauber F1 pilótája lesz.[57] Az évad első időmérő edzésén Ausztráliában a 18. rajthelyre kvalifikálta magát, ahonnan öt helyet előrelépve a 13. helyen ért célba a versenyen. A koreai nagydíjon a 9. rajtkockát sikerült megszereznie, ez volt a legjobb rajthelye a szezon folyamán. Bár rutinosabb csapattársa rendszerint jobban teljesített nála, a japán nagydíjon 7. helyen tudott célba érni, ezzel 6 pontot szerezve csapatának, továbbá kiérdemelve a legsikeresebb újonc címet 2013-ban. A szezon folyamán a többi futamon nem tudott pontszerző helyen célba érni, kétszer (Kínában és Mogyoródon) kiesett, illetve a kanadai nagydíjon sem ért célba, de mivel teljesítette a versenytáv 90%-át, a 20. pozícióba rangsorolták.