Sørensen iniziò a girare sui kart nel 1994 e corse la prima vera gara nel 1998. Debuttò in monoposto nel 2006 in Formula Ford danese. Nel 2008 concluse 4º nel campionato ADAC Formel Masters nonostante avesse corso solo metà stagione.
Sørensen fu inserito nel programma giovani piloti della Renault nel 2009 in compagnia di Davide Valsecchi e Charles Pic[1]. Ciò gli permise di passare in Formula Renault nello stesso anno, nell'Eurocup Formula Renault 2.0 e nella NEC. Successivamente, in quell'anno, il programma fu eliminato a causa di problemi finanziari e la carriera di Sørensen fece un passo indietro.
Nel 2010 Sørensen si assicurò un volante nella Formula 3 tedesca, con Brandl Motorsport. Proseguì nella stessa categoria nel 2011 e concluse 2º dopo una battaglia con il campione finale Richie Stanaway.
Sørensen non ebbe piani per il 2012, fino a quando la Lotus lo chiamò offrendogli un test in World Series by Renault, nel quale impressionò abbastanza per ottenere l'offerta di un sedile accanto al suo ex rivale Stanaway.
Vinse la prima gara nel 2012 in gara-1 a Spa, dopo che era stato costretto al ritiro in gara-2 ad Aragón mentre si trovava al comando a causa di problemi tecnici. Un'altra potenziale vittoria sfumò per una foratura nell'ultimo giro quando si trovava tranquillamente in testa a Silverstone in gara-2. Dopo due ulteriori secondi posti, concluse la stagione al 5º posto a pari punti con Nick Yelloly. Sørensen subì un'altra stagione disastrosa con diversi problemi al motore nel 2013, ma riuscì ad ottenere pole e vittoria in entrambe le gare al Red Bull Ring.
Formula 1
Nel settembre 2013, Sørensen intraprese un test per lo sviluppo delle gomme al Paul Ricard con il team Lotus[2] e diventa uno dei collaudatori del team stesso[3]. Nel febbraio 2016 Sørensen lascia la Lotus (nel frattempo ridiventata Renault F1) accusando la squadra di favoritismo verso Carmen Jorda.
.svg){kind=small}
.jpg)
.svg){kind=small}
