Si trasferì successivamente in Giappone, correndo nella Formula Nippon (poi divenuta Super Formula) e nel campionato giapponese Super GT. In Formula Nippon corse dal 2003 al 2005 con il team Nakajima Racing e dal 2006 al 2017 con il team TOM'S. Il tedesco ha vinto 24 gare e nel 2011 ha vinto il campionato. Nel Super GT alla guida della Lexus SC430 ha vinto il campionato due volte, nel 2006 e nel 2009 in coppia con Juichi Wakisaka.
Dopo una stagione deludente nel 2016 con l'Audi passa alla Porsche, Lotterer insieme a Neel Jani e Nick Tandy guida la 919 Hybrid. Ma come l'anno precedente non conquista nessuna vittoria, a Le Mans sono costretti al ritiro dopo 318 giri. Lotterer chiude quarto in classifica e decide di lasciare la Porsche dopo solo un anno.
Nel 2002 viene scelto come collaudatore e terzo pilota del team Jaguar Racing.
Il 20 agosto 2014 viene ufficializzato l'ingaggio del pilota tedesco da parte del team Caterham con il quale debutta in Formula 1 in Belgio, sul Circuito di Spa-Francorchamps, al posto di Kamui Kobayashi[8]. In qualifica ottiene il ventunesimo tempo con pista umida, davanti al suo compagno di squadra, lo svedese Marcus Ericsson. In gara è costretto al ritiro dopo un solo giro per un problema tecnico alla power unit. Alla vigilia dell'ultimo appuntamento stagionale, il Gran Premio di Abu Dhabi declinò l'invito a ritornare al volante della monoposto[9][10].
Formula E
Techeetah (2017-2019)
Nell'estate del 2017 viene ufficializzato l'ingaggio del tedesco da parte della Techeetah che ne segna così l'ingresso in Formula E.[11] Nelle prime 3 gare della stagione ottiene risultati deludenti, a causa di un cattivo feeling con la vettura, venendo anche squalificato nel primo E-Prix. Il suo rendimento migliora nelle gare successive, in cui ottiene anche due podi nell'E-Prix di Santiago e nell'E-Prix di Roma. Termina il campionato in ottava posizione con 64 punti.
Per la stagione successiva viene confermato dal team[12]. A Riyadh finisce la gara in 2ª posizione ma a fine gara riceve una penalità per infrazione tecnica (inflitta anche al compagno di squadra Jean-Éric Vergne) finisce 5º. Il suo primo podio arriva nell'E-Prix di Roma grazie un secondo posto dietro a Mitch Evans, si ripete arrivando ancora secondo nell'E-Prix di Parigi. Termina la stagione all'8º posto con 86 punti e senza aver trovato la prima vittoria nella categoria.
Porsche (2019-2022)
La stagione successiva cambia team, passa alla Porsche[13]. Nella prima gara stagionale conquista subito un podio, grazie un secondo posto a Riyadh. Finisce secondo anche nella prima gara dell'E-Prix di Berlino e chiude la stagione all'ottavo posto.
Viene confermato dalla Porsche insieme a Pascal Wehrlein[14]. L'inizio non è positivo, arrivano cinque gare senza punti. Nella seconda gara dell'E-Prix di Valencia conquista un altro secondo posto dietro a Jake Dennis. Durante la stagione sfiora il podio in altre due occasioni e chiude 17º in classifica finale.
Lotterer viene confermato dalla Porsche insieme a Pascal Wehrlein anche per la stagione 2022[15]. Nel E-Prix di Città del Messico la Porsche si dimostra molto competitiva, Lotterer chiude secondo dietro il suo compagno di team[16][17]. Nel resto della stagione non riesce a tornare a podio ed chiude dodicesimo in classifica.
Andretti (2022-presente)
Il 6 settembre del 2022 Lotterer annuncia il passaggio ad Andretti, team sempre motorizzato Porsche per la stagione 2022-2023 di FE, il tedesco sostituisce Oliver Askew al fianco di Jake Dennis[18].
Per la stagione 2024 l'equipaggio viene confermato in toto e nella prima corsa stagionale, la 1812 km del Qatar riesce a vincere la corsa[22]. In seguito ottiene tre secondi posti e la Pole position nella 24 Ore di Le Mans 2024[23].