Éveken keresztül meghatározó egyénisége volt a CART- (később Champ Car-) sorozatnak, 2004 és 2007 között zsinórban négyszer zsebelte be a bajnoki címet. 2008-ban a Red Bull támogatásával lehetőséget kapott a Formula-1-ben is a Toro Rossónál. Bár óriási reményeket fűztek a négyszeres bajnok franciához, összesen négy pontot sikerült szereznie, miközben csapattársa, Sebastian Vettel ugyanazzal az autóval még futamot is nyert és összesen harmincöt egységet gyűjtött (a korábbi pontozási rendszerben).
2009-ben még egy esélyt kapott a Red Bull fiókcsapatánál, de az első félévben mindössze két pontra futotta tőle, az istálló éppen a Magyar Nagydíj előtt unta meg ezt a gyenge teljesítményt és lecserélte Jaime Alguersuarira. Az F1-ben ugyan semmi nem sikerült a franciának, Le Mans-ban annál inkább. A huszonnégy órás viadalon háromszor is másodikként végzett a Peugeot színeiben, 2016-ban pedig a Forddal a GTE-Pro kategóriában győzni tudott.
2011-ben visszatért a tengerentúlra, nagy sikerei színhelyére és ugyan az utóbbi években már nem tudott stabilan az élmezőny tagja lenni, hat futamgyőzelemre még így is futotta erejéből. Két és fél évvel ezelőtt súlyos balesetet szenvedett az Indy 500 időmérő edzésén, többhónapos kihagyásra kényszerült és még örülhet, hogy ennyivel megúszta a csúnya ütközést.
A negyvenéves pilóta számára most lezárul egy fejezet, a Dale Coyne Racing úgy határozott, meneszti a franciát. „Szeretnénk megköszönni Sebastien eddigi munkáját és örülünk, hogy balul sikerült F1-es kalandja után 2011-től fokozatosan visszanyerte formáját és önbizalmát, valamint, hogy az elmúlt három évben hűségesen szolgálta csapatunkat” – nyilatkozta a csapatfőnök, Dale Coyne.
„Nem volt könnyű meghoznunk ezt a döntést, de az IndyCar folyamatosan változik, nekünk is meg kell újulnunk 2020-ra” – tette hozzá Coyne. Az érintett francia versenyző reagált is menesztésére. „Szeretném megköszönni Dale-nek, hogy megadta a lehetőséget, hogy újra az IndyCar-sorozatban folytassam pályafutásomat az elmúlt években. Nem szeretném ennél bővebben kommentálni a DCR-től történő távozásomat” – fogalmazott Bourdais.
Egyelőre nem jelentették be, ki pótolja Bourdais-t a csapatnál, de jelenleg James Hinchcliffe, Conor Daly és Spencer Pigot is versenyzői ülés nélkül várja sorsának alakulását. Bourdais-nek sem kell szögre akasztania sisakját, ugyanis már bejelentették, hogy 2020-ban és 2021-ben az IMSA-szériában a Mustang Sampling Racing ötös rajtszámú Cadillacjének egyik versenyzője lesz.
