Takuma Satos Rennpremiere war 1996, nachdem er sich das Geld für ein Kart zusammen gespart hatte. Im darauf folgenden Jahr besuchte er dann die Honda Schule. Von dort weg wurde er vom Hersteller gehegt und gepflegt und bekam ein voll finanziertes Cockpit in der japanischen Formel 3 Meisterschaft 1998. Doch er entschied sich, diese Möglichkeit nicht anzunehmen und ging lieber nach England.

Er kam für das Jahr beim Diamont Racing Team unter und er war in einigen Formel Vauxhall Rennen unterwegs bevor er in die Formel Opel befördert wurde. 1999 holte er in seiner ersten vollen Rennsaison den sechsten Platz in der Formel Opel Euroserie und fuhr die letzten Rennen in der B Klasse der britischen Formel 3 mit. Er kam zu Carlin Motorsport wo er im Jahr 2000 in der A Klasse fünf Siege einfuhr und Gesamt-Dritter wurde. Seinen ersten Eindruck von der Formel 1 erhielt er später im gleichen Jahr, als er Tests für BAR und Jordan fuhr. Schließlich unterschrieb er einen Vertrag als Testfahrer bei BAR für 2001.

Er blieb in der Formel 3 und holte sich den Titel nachdem er 12 von 13 Rennen gewonnen hatte. Er gewann außerdem das Marlboro Masters in Zandvoort und ein wenig später auch in Macau.

2002 wagte er dann den vollständigen Schritt in die Formel 1 und unterschrieb einen Vertrag bei Jordan. Sato beendete die Saison mit einem fünften Platz in Suzuka, konnte sonst aber keine Punkte holen. Mit starker Unterstützung von Honda, war Sato 2003 bei BAR als Testfahrer unterwegs und durfte beim Saisonfinale in Japan Jacques Villeneuve ersetzen. Er fuhr ein gutes Rennen und kam als Sechster ins Ziel.

2004 war Sato dann wieder voll in der Formel 1 dabei und er bewies auch seinen Speed; nur die Zuverlässigkeit fehlte. Während sein Teamkollege Jenson Button Ergebnis um Ergebnis einfahren konnte, hatte Sato weniger Glück. Der achte Platz in der WM war aber noch ein annehmbares Ergebnis für den Japaner und beim US Grand Prix in Indianapolis erreichte er einen guten dritten Platz. 2005 lag viel Druck auf Satos Schultern, da er sich noch weiter verbessern und seinen Teamkollegen Jenson Button fordern sollte.

2005 war aber eine katastrophale Saison für Sato, aus welchem Grund auch immer. Das 007 Chassis, dass den Honda zierte, war nicht das konkurrenzfähigste Paket, aber während Button seinen Job erledigte und 37 Punkte einfuhr, lief es bei Sato überhaupt nicht zusammen und er hatte am Ende gerade einen Punkt auf seinem Konto.

In den letzten Rennen des Jahres wurde der Druck für Sato immer größer und bei seinem Heimrennen in Japan verhaute er dann die erste Runde und rammte den Toyota von Jarno Trulli. In China war es noch schlimmer, als er einen Fehlstart produzierte, dann ein unbeständiges Rennen fuhr und schließlich mit einem Getriebeschaden aufgeben musste. Es war eine grauenhafte Saison für einen Fahrer, der es vom Talent her mit Button aufnehmen könnte. Doch der Druck wirkte sich auf seine Rennleistungen aus und deswegen verpflichtete BAR Honda Rubens Barrichello als seinen Ersatz für die Saison 2006.

Da er aber noch immer von Honda gestützt wurde, kam Sato 2006 zum neuen Super Aguri Honda Rennstall. Da Yuji Ide und Sakon Yamamoto recht schwache Teamkollegen waren, war Sato klar der Leader in der Mannschaft. Punkte waren zwar nie in Reichweite, aber das kleine Team entwickelte sich stetig weiter und bald sah man Sato regelmäßig vor einigen seiner mehr eingesessenen Kollegen fahren.

Das Saisonfinale war bei weitem Satos bestes Rennen des Jahres. Er kam als Zehnter ins Ziel und ließ dabei sechs Konkurrenten hinter sich. Sato wird 2007 bei Super Aguri bleiben und darauf hoffen, dass er dann besseres Material zur Verfügung hat.