Vergne começou a pilotar karts quando tinha quatro anos, em um circuito que pertencia ao seu próprio pai, nas proximidades de Paris. Continuou no kart até 2005, quando começou a guiar monopostos.
Em 2007, conquistou o título de um campeonato francês de Fórmula Renault. No ano de 2010, Vergne sagrou-se campeão do Campeonato Britânico de Fórmula 3 pela equipe Carlin, feito que lhe garantiu um lugar na temporada 2011 da World Series by Renault na própria Carlin. Neste campeonato, o francês foi vice-campeão, conquistando cinco vitórias e nove pódios.
Fórmula 1
Em 14 de dezembro de 2011, foi confirmado pela Scuderia Toro Rosso como piloto titular para a temporada da Fórmula 1 de 2012.[5]
Em 2012, marcou seus primeiros pontos na Fórmula 1 durante do Grande Prêmio da Malásia, ao chegar em oitavo lugar. Ao final da temporada, somou 16 pontos, o que lhe garantiu o 17ª lugar na classificação do mundial de pilotos, ficando a frente de seu companheiro de equipe, o australianoDaniel Ricciardo.
Em 18 de agosto de 2014 a equipe anunciou sua substituição por Max Verstappen a partir de 2015,[6] e Vergne declarou que não entendeu sua saída da equipe.[7]
Foi contratado pela Ferrari como piloto de testes para 2015.[8]
Em 8 de agosto de 2015, foi anunciado que Vergne se juntaria à equipe DS Virgin Racing para a temporada de 2015–16 da Fórmula E, em parceria com Sam Bird.[10] Vergne lutou para competir com Bird e terminou em nono no campeonato.
Em julho de 2016, foi anunciado que Vergne competiria com a recém-formada equipe Techeetah, após a aquisição da Team Aguri.[11] Vergne conquistou o primeiro pódio, o prêmio de volta mais rápida e a primeira vitória da equipe no final da temporada de 2016–17 em Montreal. Vergne foi confirmado para continuar com a equipe na temporada de 2017–18.[12] Ele conquistou sua segunda vitória no ePrix de Santiago de 2018 e alcançou sua terceira vitória em sua carreira na Fórmula E no ePrix de Punta del Este de 2018. Depois de acumular uma série consistente de pontos, Vergne conquistou o título com uma corrida de antecedência em Nova Iorque, tornando-se o quarto campeão de pilotos diferente em quatro temporadas.[13]
Para a temporada de 2018–19, Vergne permaneceu na equipe, que foi renomeada para DS Techeetah, e venceu três corridas: Sanya, Mônaco e Suíça.[14] Ele também se tornou campeão pelo segundo ano consecutivo, tornando-se o primeiro campeão repetido da Fórmula E.[15]
Foi anunciado que na temporada de 2019–20, Vergne correria ao lado de António Félix da Costa, que substituiria André Lotterer (que foi seu companheiro de equipe de 2017 a 2019).[16] Após um breve hiato na temporada devido à pandemia de COVID-19, Vergne conquistou dois pódios em duas das seis rodadas em Berlim, terminando em terceiro na terceira rodada e marcando sua primeira vitória da temporada na quarta rodada. Ele acabaria terminando em terceiro na classificação do campeonato, apenas um ponto atrás de Stoffel Vandoorne. Vergne permaneceu na DS Techeetah até a temporada de 2021–22.[17][18]
Em outubro de 2022, foi anunciado que Vergne se juntaria à recém-formada equipe DS Penske ao lado do então atual campeão Stoffel Vandoorne para a temporada de 2022–23.[19][20] Ele permaneceu com a DS Penske para a temporada de 2023–24, competindo ao lado de Vandoorne mais uma vez.[21]
Em julho de 2024, foi anunciado que Vergne havia se transferido para a equipe Maserati MSG Racing para a disputa da temporada de 2024–25, passando a competir ao lado de Jake Hughes.[2]
