Sakon Yamamoto compitió en varios campeonatos de karting en Japón antes de pasar a la F3 Japonesa en 2001. Un año después, Sakon competía en la F3 Alemana y también en la European series en 2003.

Yamamoto volvió a su país en 2004 para completar su cuarta temporada consecutiva en F3 y ganó la carrera disputada en Twin Ring Motegi. Un año después probaba suerte en la Formula Nippon y en Kondo, donde finalizó décimo en la clasificación.

Pero después de que su compatriota Yuji Ide no estuviera a la altura en sus primeras carreras con el equipo Super Aguri Honda F1 en 2006, Yamamoto era llamado por Aguri Suzuki primero para desempeñar las labores de probador a partir del GP de Gran Bretaña y después para sustituir como piloto titular a Franck Montagny en el GP de Alemania.

Yamamoto tuvo problemas de adaptación en un principio, pero en su séptima y última carrera en Brasil rindió a un excelente nivel finalizando la prueba en 16ª posición y firmando la séptima vuelta rápida en carrera.

El fichaje de Anthony Davidson por Super Aguri y la continuidad en el equipo de Takuma Sato relegaron a Yamamoto al rol de probador de la escudería japonesa en 2007, antes de pasar a Spyker Ferrari a mitad de temporada, empezando en el Gran Premio de Hungría.

Junto a Adrian Sutil como compañero en el equipo de Silverstone, Yamamoto tuvo una actuación relativamente buena. El equipo no era muy competitivo, pero Yamamoto termino cinco de las siete carreras con el equipo con un mejor resultado de un 12º en su carrera de casa en Fuji.

Yamamoto vuelve a un puesto de probador en 2008, pero al unirse a Renault el piloto japonés se incorpora a un equipo que sabe lo que es ganar.