A Formula–1-ben 24 esztendősen bemutatkozó Stoffel Vandoorne-t az egyik legtehetségesebb fiatal versenyzőként tartották számon a formaautózásban. Hatesztendősen kezdett gokartozni, 2002-ben belga bajnok lett, 2009-ben pedig második a CIK-FIA világbajnokságának KF2-es kategóriájában. 2010 óta versenyez formaautókkal, a Forma–4-es Európa-kupát első nekifutásra megnyerte, ezt követően versenyzett a Forma Renault 2.0-ás géposztályban, ahol többek között Carlos Sainz Jr. és Danyiil Kvjat ellenfele volt. 2012-ben a Red Bull orosz pilótája elől hódította el a bajnoki címet az Európa-kupában.
2013-ban a Forma Renault 3.5-ös, 2014-ben a GP2-ben is megnyerte élete első versenyét! Utóbbi szezonjában második lett összetettben, a Renault újonca, Jolyon Palmer mögött – aki akkor már több éve a GP2 mezőnyét erősítette –, és maga mögé utasította a ma már a Saubernél versenyző Felipe Nasrt. 2015-ben aztán eljött az ő ideje! A GP2-ben rekordot jelentő hét győzelemmel domináns évet futott, s 160 pontos előnnyel nyerte a bajnokságot az F1-be szintén előtte már bemutatkozó Alexander Rossi előtt.[6]
A Formula–1-ben
2016
2016-ban valóra vált egy nagy álma, miszerint Formula–1-es versenyen állhatott rajthoz a világbajnokság évadnyitó versenyén hatalmasat balesetező Fernando Alonso helyén, aki nyakfájdalmaira hivatkozva nem vállalta az indulást az idény második állomásán, a bahreini nagydíjon. A futamot a 12. helyről kezdte meg és végül a 10. pontszerzést érő helyen ért célba és ezzel megszerezte a McLaren-Honda első világbajnoki pontját 2016-ban.
Miután 2018-ban csalódást keltő teljesítményt nyújtott, és folyamatosan mind időmérőkön, mind a versenyeken jelentősen lemaradt csapattársa, Fernando Alonso teljesítményétől, a McLaren 2018. szeptember 3-án bejelentette, hogy Vandoorne elhagyja a csapatot és helyére a tesztversenyzőt, az ifjú Lando Norrist ültetik be.[7]
2018 októberében a HWA Racelab bejelentette, hogy Vandoorne lesz a kétszeres DTM-bajnok, Gary Paffett csapattársa a 2018–19-es szezon folyamán.[9] Az első versenyt Szaúd-Arábiában rendezték és már az időmérőn nagyot ment, ugyanis 4. helyre kvalifikálta magát. A szuperpole résztvevője volt, de ott már nem futhatott mért kört mert Felix Rosenqvist az edzés végén balesetezett és nem folytatták a programot. A versenyen rosszul rajtolt és sokan elmentek mellette, megkapta a FanBoost lehetőséget ami azt jelentette, hogy növelhette az autója teljesítményét, de így is csak a 17. helyen ért célba és pont nélkül zárt.[10]