Vettel memulai debut perlombaan F1-nya pada GP Amerika Serikat 2007 bersama tim BMW-Sauber sebagai pengganti sementara Robert Kubica yang cedera. Dalam lomba debutnya ini ia sukses finis di urutan kedelapan dan mencetak satu poin kejuaraan yang kemudian membawanya mencatatkan rekor (pada saat itu) sebagai pembalap termuda yang mencetak poin kejuaraan.[a][2] Lomba F1 keduanya ia jalani bersama tim Scuderia Toro Rosso (STR) di GP Hungaria 2007 dan ia bertahan di tim ini sampai akhir musim 2008. Pada GP Italia 2008, Vettel tampil sebagai pemenang lomba untuk pertama kalinya.[3] Ia kemudian pindah ke tim induk STR yaitu Red Bull Racing (RBR) pada musim 2009 dan bertahan sampai akhir musim 2014. Selama masa kariernya di RBR, Vettel sukses mencatatkan banyak prestasi diantaranya empat gelar juara dunia pembalap (2010, 2011, 2012 dan 2013), 38 kemenangan lomba, 44 kali posisi pole dan 65 finis di posisi podium. Gelar juara dunia yang Vettel raih di musim 2010 membawanya mencatatkan rekor sebagai pembalap termuda yang berhasil menjadi juara dunia F1. Menyusul gelar keempatnya yang diraih di musim 2013, Vettel mencatatkan rekor pribadi lainnya yaitu sebagai pembalap termuda yang berhasil menjuarai musim F1 sebanyak empat musim beruntun. Di musim itu juga Vettel menyamai catatan pembalap Jerman lainnya yaitu Michael Schumacher dengan meraih 13 kemenangan dalam satu musim berjalan.[b]
Usai gagal meraih kemenangan lomba selama musim 2014, Vettel hengkang ke tim Scuderia Ferrari mulai musim 2015 dan bertahan sampai saat ini. Selama periode 2015 sampai 2018, Vettel mencatat 10 kemenangan lomba. Pada musim 2019, Vettel meraih kemenangan terakhirnya sebagai pembalap Ferrari dan sebagai pembalap Formula Satu di Grand Prix Singapura.
Setelah menempuh musim 2020 tanpa memenangkan satu pun perlombaan Grand Prix, Vettel lalu berpindah ke tim Aston Martin mulai musim 2021.[5] Vettel tidak berhasil meraih satu pun kemenangan selama menjadi pembalap Aston Martin hingga dirinya memutuskan untuk pensiun di akhir musim 2022.[6]
Sirkuit yang paling sering dimenangi oleh Vettel adalah Marina Bay dengan raihan 5 kali kemenangan lomba. Jarak selisih waktu finis terjauh yang Vettel pernah catatkan adalah di Singapura 2013 dengan unggul 32.627 detik atas Fernando Alonso dan jarak selisih waktu tertipisnya adalah di Spanyol 2011 dengan hanya unggul 0.630 detik atas Lewis Hamilton.
Kemenangan
Keterangan:
No. – Nomor kemenangan, sebagai contoh "1" menandai kemenangan perdana Vettel di F1.
Lomba – Nomor perlombaan dalam karier Vettel, sebagai contoh "22" menandai lomba F1 ke-22 untuk Vettel.
Grid – Posisi grid tempat Vettel mengawali lomba.
Selisih – Selisih waktu kemenangan dari pembalap yang menempati posisi kedua, ditulis dengan format menit:detik.milidetik
– Kemenangan lomba yang diraih di musim Vettel menjadi juara dunia