En 1999, Fernando Alonso accède à la monoplace dans le championnat de Formule Nissan (officiellement dénommé Euro Open MoviStar by Nissan), une série en cours d'internationalisation, mais encore essentiellement centrée sur l'Espagne. Alonso pilote alors pour l'écurie de l'ancien pilote de Formule 1 espagnol (vu chez Minardi) Adrian Campos ; qui deviendra son manager. Pour sa toute première saison en monoplace, Fernando Alonso remporte le titre. Cela lui vaut de décrocher en fin d'année un premier test en Formule 1 sur le circuit de Jerez, au volant d'une Minardi. Malgré des conditions météorologiques piégeuses, Alonso se montre d'entrée de jeu très à l'aise et fait forte impression.

En 2000, Alonso accède au championnat international de Formule 3000, au sein de l'écurie Astromega. Dans une discipline où les essais privés sont très limités, l'inexpérience du jeune Espagnol ne lui permet pas de jouer le titre. Mais au fil de la saison, il multiplie les coups d'éclat, comme à Barcelone, où il fait le spectacle dans le cœur du peloton, ou comme sur le sélectif tracé de Spa-Francorchamps, où il décroche la victoire. Les prestations d'Alonso en F3000 n'échappent pas à Flavio Briatore (alors directeur sportif de l'écurie Benetton, récemment rachetée par Renault), qui s'empresse de le prendre sous son aile en lui faisant signer un contrat de management à long terme




Trop jeune et inexpérimenté pour être intégré dès 2001 à l'écurie Renault, Alonso est « placé » par Briatore dans l'équipe Minardi. Il est le troisième plus jeune pilote de l'histoire à débuter en Formule 1 lorsqu'il effectue ses débuts au Grand-Prix d'Austalie 2001. Si le manque de compétitivité des monoplaces italiennes condamne Alonso à se battre en fond de grille, il n'en réalise pas moins de belles performances compte tenu du matériel dont il dispose. Sa saison est ainsi un succès d'estime qui confirme son potentiel.
 





Pour 2002, Briatore estime toutefois qu'une deuxième saison en fond de grille ne serait pas très formatrice, et il préfère le retirer des grilles de départ pour en faire le pilote-essayeur de Renault, dans l'ombre des titulaires Jarno Trulli et Jenson Button. Au printemps 2002, Renault accepte que Alonso réalise également un test pour le compte de l'écurie britannique Jaguar racing (où il réalise de meilleurs chronos que le titulaire  et que les pilotes d'essais habituels de Jaguar. 




Pour les ingénieurs de Renault, les performances d'Alonso et son travail dans la mise au point sont suffisamment probants pour qu'en juillet 2002, son écurie annonce sa titularisation à compter de la saison 2003 en remplacement de Jenson Button.

Dès le début de la saison 2003, Fernando Alonso s'affirme comme l'un des pilotes les plus rapides du plateau. AuGP de Malaisie, deuxième manche de la saison, il monte sur son premier podium après avoir décroché la pole-position, devenant ainsi le plus jeune poleman de l'histoire de la F1 devant Rubens Barichello Puis, en Hongrie, il remporte son premier Grand Prix et bat le record de précocité de Bruce Mclaren qui datait de 1959. Il termine la saison à la sixième place du classement général, avec 55 points.

Très attendu en 2004, d'autant plus que les Renault ne cessent de progresser, Alonso déçoit un peu et semble plafonner, comme le prouvent ses performances, inférieures à celles de Jarno Trulli sur la première partie de saison (c'est d'ailleurs le pilote italien qui remporte à Monaco la seule victoire de l'année d'une Renault). Mais sur la seconde moitié de saison, tandis que les performances des Renault sont en chute libre et que Jarno Trulli perd pied (ce qui lui vaudra d'être limogé et remplacé par Jacques Villeneuve pour les dernières manches), Alonso rentre régulièrement dans les points et assure la quatrième place au classement final.

En 2005, sur la lancée d'une fructueuse campagne d'essais hivernaux, Alonso et Renault s'annoncent comme de crédibles candidats au titre mondial. Grâce à un début de saison presque parfait (au cours duquel il enchaîne les victoires et prend en interne un net ascendant sur son équipier , Alonso peut gérer sa deuxième partie de saison, et contrôler le retour de Kimi Raikkonen , son principal concurrent au volant de la Mclaren Au Brésil, avant-dernière manche de la saison, il décroche ainsi le titre mondial, devenant à 24 ans le plus jeune champion du monde de l'histoire de la Formule 1 (record battu trois ans plus tard par Lewis Hamilton. Il contribue également à la première place de son écurie au championnat du monde des constructeurs.

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La célébration des titres mondiaux d'Alonso et de Renault prend un tour inattendu au mois de décembre 2005 lorsque le pilote espagnol annonce qu'il quittera l'écurie française à l'issue de la saison suivante pour s'en aller rejoindre  Mclarenen 2007. Ce choix intervient à un moment où de nombreuses incertitudes entourent l'implication en Formule 1 de Renault qui vient de nommer à sa tête un nouveau président,Carlos Ghosne, surnommé "cost killer" et réputé pour sa défiance à l'égard du sport automobile. Il trahit également les doutes d'Alonso quant à la possibilité pour Renault de rester au sommet de la hiérarchie et de continuer à battre McLaren.Ron Dennis, le directeur de McLaren, révélera que les premiers contacts avec l'Espagnol avaient eu lieu sur le podium du Grand Prix du Brésil où Alonso, bien que fraîchement titré au volant de sa Renault, s'était montré admiratif du niveau de performance des McLaren qui avaient réalisé le doublé par l'intermédiaire de Juan Pablo Montoya et Kimi Raikkonen.

Toujours chez Renault en 2006, Alonso prend rapidement la tête du championnat du monde, avec 6 victoires lors de la première moitié de saison. Il montre en cela que l'annonce prématurée de sa future arrivée chez McLaren pour la saison 2007 ne perturbe pas sa collaboration avec Renault. Mais le retour en forme de la Scuderia Ferrari et de Schumacher au début de l'été annonce une fin de championnat serrée. Alonso est de surcroît trahi deux fois par sa mécanique (écrou de roue en Hongrie, moteur cassé en Italie) alors que Renault avait montré une certaine fiabilité en début de saison, où Fernando avait accumulé 12 arrivées dans les points. Le championnat bascule lors de l'avant-dernière manche au Japon lorsque Schumacher, alors en tête de la course, est à son tour victime d'une casse moteur et doit céder la victoire à l'Espagnol, qui prend un net avantage au championnat. En finissant 2^e du dernier Grand Prix au Brésil, il assure son deuxième titre mondial consécutif en Formule 1.

Saison agitée avec McLaren

L'équipe McLaren que rejoint Alonso début 2007 ne ressemble pas à celle pour laquelle il avait signé fin 2005. Après avoir dominé la deuxième moitié de saison 2005, l'écurie anglo-allemande a en effet connu une saison 2006 très moyenne, sa première sans victoire depuis 10 ans.

Les premiers essais hivernaux tendent néanmoins à démontrer que les flèches d'argent ont retrouvé leur superbe puisqu'elles s'affirment avec les Ferrari comme les voitures les plus performantes du plateau. A cette vitesse s'ajoute une fiabilité qui faisait défaut à l'équipe depuis des années. Confirmation dès la deuxième course de la saison, le GP de Malaisie, que Fernando remporte devant son coéquipier, le jeune débutant britannique Lewis Hamilton. C'est le premier doublé de l'écurie Mclaren depuis 2005. Un deuxième doublé (dans le même ordre) intervient à Monaco et semble entériner l'ascendant que Alonso et McLaren prennent sur Ferrari dans le championnat du monde. Mais ce succès est obscurci par les déclarations de Lewis Hamilton, qui laisse entendre aux médias qu'il n'a pas été en mesure de contester la victoire à Alonso en raison d'une stratégie volontairement désavantageuse que lui aurait imposé l'équipe. C'est le point de départ d'une rivalité interne qui empoisonnera l'ambiance interne de McLaren jusqu'à la fin de la saison.

Lors des deux manches suivantes, au Canada et aux Etas-Unis, la victoire revient à Hamilton (qui s'empare de la tête du championnat du monde) et c'est cette fois au tour d'Alonso de se plaindre à demi-mot du traitement que lui réserve son équipe, qu'il estime tournée en priorité vers Hamilton. Fin juillet, Alonso renoue avec la victoire lors du GP d'Europe disputé sous la pluie du Nurburgring et se relance au championnat, mais son attitude très fraîche à l'égard de son directeur Ron Dennis à sa descente de voiture trahit les tensions internes qui agitent l'écurie McLaren . Par ailleurs, l'ambiance au sein de l'équipe de Woking est fortement troublée par l'affaire d'espionnage dans laquelle est impliqué l'ingénieur Mike Couglhan, designer en chef de l'équipe.

 

La tension, qui était palpable entre les deux pilotes Mclaren depuis plusieurs semaines, se transforme en véritable guerre ouverte à l'occasion du GP de Hongrie Lors des qualifications, alors qu'il quitte les stands pour s’élancer pour son dernier tour, le double champion du monde retarde (volontairement ?) son départ de quelques secondes, bloquant ainsi son propre coéquipier et l'empêchant d'effectuer un dernier tour chronométré, tandis que lui-même s'en va cueillir la pole position. La FIA juge ce comportement antisportif et ne manque pas de sanctionner Alonso en le rétrogradant en sixième position sur la grille de départ.

La rivalité interne à l'écurie McLaren et l'affaire d'espionnage se rejoignent début septembre lorsque le président de la fédération Max Mosley annonce qu'il dispose de nouvelles preuves de nature à démontrer l'implication de l'ensemble de l'écurie McLaren (et non plus du seul Mike Coughlan) dans l'affaire d'espionnage et que ces preuves lui ont été fournies par le pilote essayeur McLaren Pedro De la Rossa ainsi que par Fernando Alonso, lesquels révèlent leur implication dans le scandale tout en obtenant une immunité de la part du pouvoir sportif pour avoir accepté de collaborer à l'enquête. Malgré une atmosphère interne plus sulfureuse que jamais, Alonso remporte le Grand Prix d'Italie quelques jours plus tard. Au coude à coude avec Hamilton dans la lutte pour le titre, Alonso perd gros lors du GP du Japon, disputé sur le circuit du Mont Fuji sous une pluie battante. Il est, pour la première fois de la saison, contraint à l'abandon — suite à un accident — et voit son coéquipier et rival Lewis Hamilton remporter sa quatrième victoire de la saison et prendre le large au classement du champinnat du monde. En Chine, lieu du sacre annoncé d'Hamilton, il reprend espoir en terminant 2e et en profitant de l'abandon d'Hamilton pour revenir à seulement quatre points de son coéquipier avant la manche finale, au Brésil. Mais au Brésil, s'il parvient, grâce à la fébrilité et aux ennuis mécaniques de Lewis Hamilton, à revenir à la hauteur de ce dernier au classement, il ne peut empêcher, faute d'une voiture suffisamment rapide, le Finlandais Kimi Raikkonen de le déborder et de remporter le titre de champion du monde. Il se classe finalement troisième du championnat du monde, à égalité de points avec Hamilton.

La dégradation des rapports entre Alonso et McLaren ayant atteint un point de non retour, les deux parties, d'un commun accord, mettent un terme au contrat les unissant à l'issue de la première des trois années prévues. Plusieurs écuries se montrent intéressées par le double champion du monde espagnol (notamment Red Bull et Toyota), mais comme pressenti de longue date, son retour chez Renault est officialisé le 10 décembre 2007.

Retour chez Renault

Le 10 décembre 2007, l'écurie Renault annonce l'arrivée de Fernando Alonso qui fait son retour au bercail après l'avoir quitté un an auparavant. Il sera accompagné du débutant Nelsinho Piquet. Fernando Alonso espère pouvoir gagner à nouveau avec Renault, mais dès l'intersaison, il émet de nombreuses réserves sur le niveau de l'écurie française. Et malgré une 4e place en ouverture de saison, après la première moitié du championnat, il n'est jamais monté sur le podium, n'a marqué que 18 points au classement général, et ne pointe qu'à la 8e place au championnat. En deuxième moitié de saison, il marque plus de points, et deux victoires, à Singapour et au Japon, redonnent un peu de couleur à sa saison. Après une seconde place à Interlagos, il termine finalement 5e du championnat, étant le pilote ayant marqué le plus de points depuis la Belgique.