2006 : Premiers pas en Formule 1 chez BMW Sauber
Sous contrat avec BMW depuis 2005, Sebastian Vettel effectue un premier test en Formule 1 en septembre, pour le compte de l’écurie Williams-BMW, puis un second en juillet 2006 chez BMW Sauber. En août, à partir du Grand Prix de Turquie, il est promu troisième pilote BMW Sauber après la titularisation de Robert Kubica en remplacement de Jacques Villeneuve. Ses performances sont rapidement impressionnantes compte-tenu de son jeune âge (19 ans et deux mois) : il réalise le meilleur temps de la première séance d’essais libres du Grand Prix d’Italie.
Saison 2007 - 0 victoire - 0 pole - 6 points - 14ème
En 2007, tout en participant au championnat de World Series by Renault, il poursuit son rôle de troisième pilote chez BMW Sauber. Présent en piste lors des essais du vendredi à l’occasion des Grand Prix d’Australie et Grand Prix de Bahreïn, il voit son activité réduite lors des semaines suivantes, mais l’indisponibilité du pilote polonais Robert Kubica laissé au repos par les médecins suite à son accident au Canada, lui permet d’effectuer ses débuts en course à l’occasion du Grand Prix des États-Unis à Indianapolis. Il se classe huitième, décroche son premier point en Formule 1 pour sa première course et devient à 19 ans, 11 mois et 14 jours le plus jeune pilote de l’histoire de la Formule 1 à inscrire un point.
Le 31 juillet 2007, la Scuderia Toro Rosso annonce que Sebastian Vettel remplace Scott Speed jusqu’à la fin de la saison. Vettel effectue alors ses débuts de pilote titulaire à l’occasion du Grand Prix de Hongrie qu’il termine à la seizième place. Déterminé à faire tout son possible avec sa monoplace qui n’est pas particulièrement performante bien qu’elle dispose d’une mécanique Ferrari, il décroche une méritoire huitième place sur la grille lors du Grand Prix du Japon ; c’est la première fois qu’une Toro Rosso participe à la session finale de qualification depuis ses débuts en Grand Prix.
En course, il a l’occasion de parcourir ses premiers tours en tête mais, lors d’une neutralisation sous voiture de sécurité, il est surpris par une manœuvre de Lewis Hamilton et accroche Mark Webber alors troisième, les condamnant tous les deux à l’abandon. La FIA, le jugeant responsable de l’accrochage, décide alors de le sanctionner d’un recul de dix places sur la grille pour l’épreuve suivante. Quelques jours avant le Grand Prix de Chine, Vettel se voit dédouané de toute responsabilité dans l’incident avec Webber et la FIA retire sa sanction. Il se qualifie en douzième position mais est pénalisé de cinq places pour avoir gêné un autre pilote pendant son tour lancé. Grâce à un seul arrêt au stand et bénéficiant de nombreux abandons suite à de mauvaises conditions météorologiques, il finit la course à une brillante quatrième place, son équipier Vitantonio Liuzzi terminant sixième. Il termine le championnat à la quatorzième place avec six points et conserve son baquet chez Toro Rosso pour 2008 où il fait équipe avec Sébastien Bourdais, quadruple champion de Champ Car.
Saison 2008 - 1 victoire - 1 pole - 35 points - 8ème
Auteur d’un début de saison 2008 discret et marqué par plusieurs accidents, il confirme sa bonne réputation en prenant progressivement l’ascendant sur Bourdais à partir du Grand Prix de Monaco qu’il termine en cinquième position, inscrivant ses quatre premiers points de la saison. Huitième lors du Grand Prix du Canada et auteur par ailleurs de belles prestations en qualifications compte tenu du matériel dont il dispose, son recrutement pour la saison 2009 est annoncé par Red Bull Racing où il remplacera le vétéran écossais David Coulthard, qui a annoncé son retrait de la compétition pour la fin de la saison.
Le 13 septembre 2008, Sebastian Vettel signe la pole position du Grand Prix d’Italie sous une pluie battante. Le lendemain, la pluie tombe toujours, ce qui n’empêche pas Vettel de prendre un bon envol. À 21 ans, Vettel devient ainsi le plus jeune poleman et le plus jeune vainqueur de l’histoire de la Formule 1 (photo), détrônant Fernando Alonso, qui avait remporté le Grand Prix de Hongrie 2003 à 22 ans. Avec 35 points, Sebastian Vettel termine la saison au huitième rang du championnat, le meilleur résultat d’un pilote Toro Rosso.