Sus inicios
Junto a Antonio Sánchez, Pérez comenzaría su carrera en karting en los años de 1996, a los 6 años de edad en karting en la categoría infantil, durante ese tiempo lograría 4 victorias y al final del año obtendría el subcampeonato. En 1997, participaría en la Categoría Juvenil, convirtiéndose en el piloto más joven, en la categoría obtendría un triunfo, 5 podios y terminaría 4.º en el campeonato. Para 1998 volvería a competir en dicha categoría, en la que logró 8 victorias; y al final del año se convertiría en campeón y el «piloto más joven» en lograrlo.
En 1999 correría en la categoría Shifter 80 c.c. en la que acumuló 3 victorias y terminaría en la 3a. plaza del campeonato. Asimismo, se convertiría en el piloto más joven en ganar una competición en la categoría, luego obtendría un permiso especial de la Federación para poder participar en la Shifter 80 c.c. En el 2000 correría en el Campeonato Shifter 80cc, además que participaría en tres carreras de la categoría Shifter 125cc que formaba parte del Desafío Telmex.
Skip Barber Racing School
Tras su participación en el karting en México, en 2004, participaría en el Campeonato Midwestern, en el campeonato sería nombrado el nombra Novato del Año luego de terminar en la 7a. posición con 6 carreras sin disputar y en la Fórmula Skip Barber Nacional como piloto de la Escudería Telmex, se convertiría en el piloto más joven de la historia de la categoría en subir al podio y finalizaria la temporada en 11.º lugar con un podio y 77 puntos y sería nombrado Novato del Año a los 14 años de edad.
Consiguiera cinco podios en la Skip Barber Racing School. Se convertiría en el piloto mexicano más joven en ganar una carrera en el extranjero en monoplazas tipo Fórmula, superando a Ricardo Rodríguez. Adicionalmente obtendría un triunfo al ser invitado a la competición de Fórmula Vee en su natal Guadalajara y en 7 carreras finalizaria dentro de los 10 primeros.
Fórmula BMW Alemana
En 2005, la Escudería Telmex patrocinaría a Pérez para que participara en la Fórmula BMW de Alemania con el equipo 4speed Media, inicio de la competencia para poder competir tuvo que mentir acerca de su edad ya que tenía 15 años y necesitaba cumplir los 16 en ese mismo año (2005) y tuvo que decir que su fecha de nacimiento era el 26 de diciembre y no el 26 de enero. Terminaría la temporada en la 14.º posiciones, teniendo como mejor lugar un 2.º lugar en la segunda carrera de la primea ronda que se correría en el Hockenheimring.
En 2006, Pérez dejaría a 4speed Media para participar con el equipo ADAC Berlin-Brandenburg, con su nuevo equipo le iría mucho mejor ya que lograría 2 podios y sumaria 112 puntos, su mejor lugar sería un tercer lugar en el Motorsport Arena Oschersleben y en el Circuito de Zandvoort.
A1 Grand Prix
Por otra parte, se convertiría en piloto de pruebas del equipo mexicano que compitió en el A1 Grand Prix donde realizaría algunas participaciones.
En la Temporada 2006-07 de A1 Grand Prix, Pérez participaría en una sola ronda que sería la que se celebraría en el Circuito Internacional de Shanghái con el A1 Team México. En la primera carrera de la ronda, quedaría en el quinceavo lugar, pero en la segunda abandonaría la carrera solo dando 2 vueltas al circuito. Tras esto, se convertiría en el tercer piloto más joven en participar en la serie.
Formula 3 Britanica
Para la temporada 2007, disputa el Campeonato de la Fórmula 3 Británica en la Clase Nacional con el equipo T-Sport, donde obtendría 376 puntos, igualando el título obtenido por Salvador Durán en 2005 y superaría los 300 puntos obtenidos por él. Lograría obtener 14 victorias, 19 podios, 12 poles y 12 vueltas rápidas. Gracias a eso se convertiría en el campeón más joven en la Fórmula 3 Británica con 17 años de edad.
En 2008, se graduaría en la clase internacional del campeonato donde participaría nuevamente con el equipo T-Sport que fue uno de los pocos equipos equipados con un motor Mugen Honda. Después de liderar el campeonato a principios de la temporada, finalmente terminaría en la cuarta posición en la clasificación de pilotos donde obtendría 4 victorias, 7 podios, una vuelta rápida, y obtendría 195 puntos en total.
GP2 Series
Pérez se uniría a Barwa International Campos para la GP2 Asia Series 2008-09, en este serial se llevaría a cabo 6 fechas con 2 carreras cada una, siendo Pérez ganador de 2 carreras; la primera en la tercera fecha de la temporada, en el Circuito Internacional de Bareín, siendo Kamui Kobayashi el ganador de la primera carrera y Pérez obtendría el triunfo en la segunda carrera, posteriormente en el Circuito Internacional de Losail, ganaría la segunda carrera después de que Nico Hülkenberg se llevara la primera y en esta misma, Pérez quedaría segundo. Al final de la temporada obtendría 26 puntos y quedaría en el 7.º lugar general.
Formula 1
Piloto de pruebas
El 17 de noviembre del 2010, en el Circuito Yas Marina, en Abu Dabi, Pérez se subiría a bordo del Sauber C29 con el equipo Sauber. Pérez no tendría ningún error en las 91 vueltas que dio al circuito, y marcó un registro de 1´40"543 como su mejor crono, para ubicarse en la sexta posición en la tabla de tiempos del segundo día de la Postemporada de 2010 de la Fórmula 1.
Sauber (2011-2012)
El 4 de octubre de 2010, Sauber anunciaría que Pérez se uniría al equipo en 2011, en sustitución de Nick Heidfeld. Sauber posteriormente anunció una sociedad con el patrocinador de Pérez, Telmex. Se convertiría en el quinto mexicano en competir en la Fórmula 1, y el primero desde que Héctor Rebaque compitió entre 1977 y 1981. El mexicano ingresaría también en ese año a la Academia de Pilotos de Ferrari donde realizaría unos test con el equipo ese año.
Debutaría en Fórmula 1 en el Gran Premio de Australia, terminando 17.º después de ser descalificado junto con su compañero de equipo, Kamui Kobayashi y tras hacer una sola parada en los boxes que al término de la carrera; en carrera al cruzar la meta, obtienen un 7.º y 8.º puesto respectivamente. La descalificación se da por irregularidades en el alerón trasero de ambos monoplazas que infringían los artículos técnicos 3.10.1 y 3.10.2. en el perfil superior de su alerón trasero.
La temporada de 2012 inició con el GP de Australia, donde los nuevos Sauber C31 logran buenos resultados: Kobayashi queda en sexto y Pérez finaliza en octavo después de arrancar en la posición 22 debido a una penalización por haber cambiado la caja de velocidades antes de la competición. Haber adelantado 14 lugares durante la prueba fue lo más destacado del día, incluyendo que Pérez hubiese rodado en el segundo lugar por algunos giros. Con esto, Pérez obtiene sus primeros cuatro puntos de 2012 y la prensa vuelve a especular con un posible paso del piloto mexicano a Ferrari.
Para el GP de Japón, Checo inicia con el pie derecho, pasando a la Q3 y logrando un quinto puesto en la parrilla, lo que vislumbra una posibilidad de podio en Suzuka. Sin embargo, tuvo que abandonar tras hacer un trompo en el giro 19.
Checo Pérez termina su segunda temporada en F1 en el top ten del campeonato de pilotos, con 66 puntos, una vuelta rápida (Mónaco), tres podios (Malasia, Canadá e Italia) y siete participaciones en la Q3.
McLaren (2013)
Antes de finalizar la temporada 2012, se oficializaría la incorporación de Pérez a McLaren para 2013. Sergio se decantaría por McLaren ante la indecisión de Ferrari. A fines de noviembre de 2012 sustituirá a Lewis Hamilton en la serie animada de McLaren Tooned. Pese a ser su debut con la escudería británica, el objetivo de Pérez sería ganar el campeonato ya en 2013. En su primera carrera del 2013, el GP de Australia, Checo tuvo un fin de semana negativo en cuanto a resultados, calificando 15.º y concluyendo en la posición 11.
En noviembre, Pérez confirma que no seguiría en McLaren en 2014. El mexicano finalizó esa temporada en el puesto 11 del campeonato con 49 puntos, mientras que Button fue noveno con 73.
Pérez confirmaría el 13 de noviembre de 2013 que no seguiría en McLaren al final de la temporada para ser reemplazado por Kevin Magnussen. El 12 de diciembre de 2013 (exactamente un mes después de que se anunciara que dejaría McLaren), Force India confirmara que Pérez se uniría a Nico Hülkenberg en su alineación de pilotos para 2014 en un acuerdo de 15 millones de euros.
Force India (2014-2018)
En la segunda mitad de la temporada, Pérez resulta séptimo en Italia, Singapur y Abu Dabi, y octavo en Bélgica. Por tanto, el mexicano se ubica en el top ten del campeonato de pilotos por delante de Kevin Magnussen y Kimi Räikkönen.
En el GP de Rusia Checo termina en el tercer puesto después de una sufrida carrera y una gran estrategia en el manejo de neumáticos con 41 vueltas de su segundo stint a partir de un safety car en la vuelta 12 producido por Romain Grosjean. Con esto el mexicano logra el quinto podio de su carrera en F1 y el segundo con Force India. Con dos quintas posiciones en Austin y Yas Marina, cerró el que probablemente haya sido su mejor año en la máxima categoría, obteniendo el noveno lugar en el campeonato mundial.
Después de un complicado inicio de la temporada 2018 en la que en los tres primeros grandes premios, Pérez se fue sin sumar un solo punto en el GP de Azerbaiyán, Checo sube al podio en el tercer puesto después de una carrera muy complicada, ya que en la primera vuelta fue golpeado por Sergey Sirotkin en la parte posterior de su auto y de la octava posición de arrancada cayó a la decimosexta, porque tuvo que ir a boxes a cambiar la trompa de su VJM11, además de remontar una penalización de cinco segundos por rebasar durante un auto de seguridad. A tres vueltas del final, Pérez rebasa a Sebastian Vettel y se queda con el último escalón del podio. Con esto Checo sobrepasa a Pedro Rodríguez como el mexicano con más podios en F1, con ocho.
Red bull 2021
En el final de temporada en Abu Dhabi, Pérez se clasificaría en la cuarta posición, para la carrera, Verstappen haría su parada al final de la vuelta 13 con Hamilton haciendo lo mismo una vuelta más tarde, ambos optando por un juego de neumáticos más duros. Los pilotos líderes elevarían a Pérez a la primera posición, y se le informó al piloto mexicano que su estrategia era retrasar a Hamilton para permitir que su compañero de equipo Verstappen lo alcanzara, el trabajo defensivo de Pérez contra Hamilton, que ayudó a su compañero de equipo Max Verstappen a cerrar una brecha de siete segundos con Hamilton, fue crucial en la victoria por el título de Verstappen. Pérez se retiró de la carrera a pocas vueltas del final por sospechas de problemas en el motor. Verstappen elogió a Pérez después de la carrera diciendo: «Es muy raro tener un compañero de equipo así [...] era un verdadero jugador de equipo y realmente espero que podamos continuar así por mucho tiempo», mencionó Verstappen.
Pérez terminó la temporada con 190 puntos, con una victoria y cinco podios. Terminó cuarto en la general, igualando su mejor resultado en el campeonato. Con esto, renovó un año más con Red Bull para la temporada 2022.
Red bull 2022
Tras finalizar el parón veraniego de la temporada, Pérez disputaría el Gran Premio de Bélgica, donde originalmente había clasificado en tercer lugar, pero debido a que su camperero Verstappen penalizaba, Pérez ascendía a la segunda posición. En la carrera, Pérez no tendría una gran salida donde perdería posiciones, pero tras el accidente entre Hamilton y Alonso, Pérez remontaría. Pérez terminaría en segunda posición de la carrera, luego de que su compañero lo rebasa e hiciera una ventaja de más de 15 segundos entre los dos.
Durante el Gran Premio de México, Checo Pérez terminó en tercer lugar, logrando su décimo podio en esta temporada. A pesar de que en la vuelta 24 entró a pits lo que ocasionó que perdiera algunas posiciones, logró recuperarse para alcanzar el tercer lugar.