Sebastian Vettel debutoval v F1 v roce 2006 jako testovací a rezervní jezdec stáje BMW Sauber. Stal se nejmladším závodníkem, který se kdy objevil v závodu formule 1, bylo mu 19 let a 53 dní. V ročníku 2007 byl opět testovacím jezdcem BMW Sauber. Poté, co se Robert Kubica vážně zranil, Sebastian Vettel ho nahradil pro Velkou cenu USA. Dojel na posledním bodovaném místě a stal se nejmladším závodníkem v historii formule 1, který získal v závodě alespoň bod. Bylo mu 19 let a 349 dní.
Kompletní ročník 2008 strávil Sebastian Vettel ve stájí Toro Rosso, která patřila k outsiderům velkých cen. Po nepovedeném začátku sezony se Vettel postupně zlepšoval a na Velké ceně Itálie vybojoval pro stáj vůbec první pole position a dojel si stylem start-cíl pro premiérové vítězství. Tím se stal nejmladším jezdcem, který vyhrál velkou cenu.
Sebastian Vettel v roce 2009 přestoupil do Red Bullu a stal se hned ve své první sezoně vicemistrem světa. Další sezonu měl slabší start, ale poté statečně bojoval zejména s Fernandem Alonsem a Markem Webberem. Poslední závod v Abu Dhabí byl klíčový pro získání mistrovského titulu. Vettel měl před startem nejmenší šanci na to získat titul. Podařilo se mu ale postavit na hlavu všechny prognózy. Jelikož zvítězil, Alonso se vinou chybné taktiky propadl na sedmé místo a Webber dojel až za Alonsem, německý pilot získal titul mistra světa. Stal se tak ve věku 22ti let nejmladším šampionem v historii.
V sezoně 2011 byl Sebastian Vettel suverénní. Dominoval od začátku, nejhůře skončil čtvrtý a jednou vinou defektu nedokončil v Abú Dhabí. I tak si v klidu dojel pro další titul mistra světa. V ročníku 2012 nebyly jeho jízdy tak vyrovnané. Před posledním závodem vedl v průběžném pořadí šampionátu před Fernadem Alonsem o 10 bodů. V Brazílii se kvalifikoval čtvrtý, ale v prvním kole po kontaktu s jiným monopostem dostal hodiny a propadl se až na konec pole. Probojoval se však na 6. Místo, a protože Alonso dojel druhý, získal Vettel o pouhé 3 body svůj 3. mistrovský titul v řadě.
Sebastian Vettel v roce 2013 znovu přepisoval historii. Dokázal vyhrát 13 velkých cen a vyrovnal tím rekord legendárního Michaela Schumachera. Také vytvořil nový rekord po sobě jdoucích vítězství, a to na 9. Vettel se stal již počtvrté po sobě mistrem světa, když nastřádal neuvěřitelných 397 bodů a druhý Alonso jen 242 bodů. Vettel patří k menšině jezdců, která nemá manažera. Veškeré činnosti a smlouvy si vyřizuje sám.