Buemi pályafutása bővelkedik a sikerekben, ám a Formula-1-ben nem tudta megvetni a lábát igazán. Két magas rangú szériában is elhódította a bajnoki címet, de az F1-ben igazából elkerülték a sikerek. Ennek egyik fő oka, hogy a Toro Rosso istállónál nem tudott kiteljesedni ott töltött három évében.
Az akkori viszonyokhoz képest korán kezdte pályafutását, még csak alig húsz éves volt, amikor először rajthoz állt a Formula-1-ben, 2009-ben. Rögtön első futamán két pontot szerzett és egész évben megbízhatóan teljesített az autója gyengesége mellett is. Hat ponttal fejezte be a szezont, a következőt már nyolccal (igaz, akkor már az első tíz helyezett kapott pontokat), 2011-ben pedig tizenöt ponttal zárt. Igaz, a hetedik helynél előrébb sosem jutott, de így is stabilan verte aktuális csapattársait, Bourdais-t és Alguersuarit.
2012-ben így is „lefokozták” a Red Bull és a Toro Rosso tartalékpilótájának, a hosszútávú versenyzésben azonban szállította a sikereket a Toyota gyári csapatával. 2013-ban harmadik helyezett lett, egy évre rá pedig megszerezték a világbajnoki címet a hibrid Toyotával. Buemiben még mindig túl sok volt a felesleges energia, így párhuzamosan a WEC-cel a Formula-E szériában is versenyezni kezdett az e.dams Renault csapatnál.
Már az első szezonban három győzelmet szerzett, egyetlen ponttal maradt le a bajnoki címről. A következő év Buemi éve lett, óriási csatába bonyolódott Lucas di Grassival, de győztesen jött ki belőle és bajnok lett. A 2016-17-es szezonban is úgy tűnt, nincs ellenfele, de az év végét nagyon elszúrta, kevéssel lemaradva csak második lett. A 12 futam felét megnyerte, ám két technikai szabálytalanság miatti kizárása, valamint a New Yorkban rendezett dupla forduló kihagyása (WEC kötelezettségei miatt) végül a bajnoki címébe került.
A Formula-E-ben Alain Prost az egyik főnöke, szerinte a 28 éves pilóta annyira jó, hogy elképesztő baj, hogy nincs számára ülés a Formula-1-ben. Amióta 2011 végén elvesztette a Toro Rossónál a helyét, csak ritkán vezethetett F1-es autót, legutóbb idén júliusban a Pirelli tesztjén. Szintén júliusban olyan szóbeszéd látott napvilágot, hogy Alain Prost, a Renault szaktanácsadója szerette volna Buemit megszerezni a gyári Renault csapathoz.
Ha lehet hinni a több helyről megerősített, de még nem hivatalos hírnek, akkor a jövő évre biztosan nincs hely Sebastien Buemi számára, mivel Nico Hülkenberg mellé az istálló Carlos Sainzot szerződtette. Ennek ellenére a francia legenda nagyon elismeri svájci pilótáját. „Botrány, hogy Buemi nincs a Formula-1-ben. Most is a világ egyik leggyorsabb pilótája” – fogalmazott Prost a svájci Blick című lap hasábjain.
