Alonso prvýkrát štartoval v roku 2001 na Veľkej cene Austrálie. Vtedy hájil farby talianskej stajne Minardi a okamžite si vyslúžil povesť jedného z najtalentovanejších jazdcov Formule 1. V sezóne 2005 prerušil šnúru piatoch majstrovských titulov Michaela Schumachera, keď pretekal za Renault. Následne svoj titul o rok obhájil.
Za vyše dve desaťročia si vyskúšal takisto pôsobenie v McLarene, Ferrari a momentálne reprezentuje francúzsky tím Alpine. Doposiaľ ovládol 32 pretekov a 98-krát sa prepracoval na stupne víťazov. Prvý triumf zaznamenal v roku 2003 v Maďarsku.
Svoju kariéru vo Formule 1 ale v roku 2018 preušil, keď chcel okúsiť kategóriu rallye. Do monopostu F1 sa vrátil spät v roku 2021.