Après plusieurs titres nationaux enkarting, Nelson Piquet Jr passe à l'automobile en2001, en intégrant en cours d'année lechampionnat d'Amérique du Sud de Formule 3, au sein d'une structure spécialement montée par son père. Après des débuts réussis, il remporte facilement le championnat en2002.
En2003, Piquet part en Europe pour y disputer lechampionnat britannique de Formule 3, à nouveau dans une équipe créée par son père. Troisième du championnat avec six victoires en 2003, il effectue au cours de l'hiver suivant ses premiers tours de roue enFormule 1 sur uneWilliams-BMW en compagnie deNico Rosberg, un autre fils de champion du monde.
En2004, Piquet remporte le championnat britannique de Formule 3, succédant au palmarès à son père, titré en1978. Il devient également à 19 ans le plus jeune pilote champion de F3 britannique. Après de nouveaux essais hivernaux en Formule 1 (cette fois chezBAR-Honda), il dispute à partir de2005 le tout nouveau championnatGP2 Series, au sein d'une équipe qui est le fruit de la fusion entre les équipes de Formule 3HiTech et Piquet Racing. Assez irrégulier, il ne termine que huitième du championnat, avec néanmoins une victoire sur le tracé deSpa-Francorchamps, enBelgique. Après avoir disputé durant l'hiver le championnat A1GP pour le compte de l'équipe du Brésil (deux victoires lors des deux premières courses), Piquet « redouble » en2006 dans le championnat GP2, mais malgré une spectaculaire fin de saison qui lui permet de conserver ses chances d'être titré jusqu'à l'ultime meeting de l'année, il doit se contenter de la deuxième place du championnat derrièreLewis Hamilton.
À la fin de 2006, il signe un contrat de management avecFlavio Briatore et est recruté en tant que pilote-essayeur pour lasaison 2007, il est titularisél'année suivante et fait ses débuts en Grand Prix lors duGP d'Australie 2008, aux côtés du double champion du mondeFernando Alonso, de retour dans l'écurie française après une saison difficile chezMcLaren.
Son début de saison est catastrophique puisqu'il est largement dominé par Alonso et commet également plusieurs fautes de pilotage en course, ce qui conduit son employeur à évoquer à demi-mot son éventuel remplacement s'il ne parvient pas à hausser son niveau[1]. Après sept courses, il n'a inscrit aucun point quand Alonso en a inscrit neuf. Une prestation solide à l'occasion duGrand Prix de France, qu'il termine à la septième place devant Alonso, lui permet de consolider sa place au sein de l'écurie française et de marquer ses deux premiers points en Formule 1.
Il confirme sa montée en puissance un mois plus tard auGrand Prix d'Allemagne qu'il termine à la deuxième place après avoir mené pendant plusieurs tours. Après des qualifications manquées, il s'élance de la dix-septième position mais une stratégie à un seul arrêt combiné à l'intervention opportune de la voiture de sécurité lui permet de revenir en haut du classement et d'obtenir son unique podium.
Piquet termine toutefois la saison de façon plutôt médiocre. À Singapour, il accidente sa Renault dans le mur, et, indirectement, permet à son équipierFernando Alonso de remporter la première victoire de l'année pour Renault. Tandis que l'Espagnol finit la saison en trombe et parvient à remonter jusqu'à la cinquième place du championnat, Piquet ne brille en aucune occasion et se classe douzième du championnat du monde. C'est donc avec une certaine surprise que sa reconduction pour 2009 aux côtés d'Alonso est accueillie par le public.
Alors que nombre d'amateurs de Formule 1 le voient remplacé parRomain Grosjean au volant de laRenault R29 dès l'entame de la saison, les relations avecFlavio Briatore se dégradant de plus en plus, Piquet est conservé par Renault pour2009. Soumis à une énorme pression et en manque de résultats, il commence mal cette saison décisive : si la R29, comme sa devancière, est loin d'être compétitive, le Brésilien est encore mis sous l'éteignoir par Alonso.
En dix courses, il ne se qualifie qu'à une seule reprise en Q3 (dixième enAllemagne) alors qu'Alonso n'a raté qu'une seule fois cette séance et a même signé une pole position enHongrie. En course, sa meilleure performance est une dixième place àBahreïn, Grand Prix à partir duquel Briatore lui donne jusqu'en juin pour convaincre, alors que son coéquipier est déjà entré à cinq reprises dans les points.
Après leGrand Prix de Hongrie fin juillet, Piquet s'épanche dans la presse sur ses relations conflictuelles avecFlavio Briatore. Il considère que le manager italien s'intéresse plus à l'argent qu'à la Formule 1 elle-même et insiste sur sa façon de lui mettre une pression nuisible à ses performances. Ces déclarations sonnent comme un exutoire précédant son limogeage qui survient trois jours plus tard, le. Nelson Angelo Piquet est officiellement remercié par l'équipe Renault faute de résultats : le Brésilien, qui n'a pas marqué le moindre point de l'année, est remplacé par le FrançaisRomain Grosjean[2].
La monoplace de Nelsinho Piquet, volontairement « crashée » par son pilote afin de favoriser le résultat de son coéquipierAlonso au GP de Singapour 2008
Fin, à la suite de son éviction par Renault, Piquet accuse publiquement l'écurie française de l'avoir obligé à avoir un accident lors duGrand Prix de Singapour 2008. Cet accident, provoquant la sortie de lavoiture de sécurité, a donné un avantage décisif à la stratégie de son équipierFernando Alonso qui a remporté la course.
Lors de l'enquête,Pat Symonds, le directeur exécutif d'ingénierie de l'équipe, déclare que cette idée a bien été discutée au briefing d'avant-course mais précise qu'elle émanait de Piquet lui-même. Par la suite, l'écurie Renault porte plainte contre le pilote brésilien et son père pour dénonciation calomnieuse et chantage aggravé. La partie sportive de l'affaire est jugée le par le tribunal de la FIA : l'écurie Renault sera disqualifiée définitivement si elle récidive dans les deux ans. Elle doit de plus payer les frais d'enquête et doit s'engager à participer financièrement au programme de sécurité de la FIA.Flavio Briatore, directeur de l'équipe, est suspendu à vie de toutes compétitions de la FIA et Pat Symonds est exclu pour cinq ans. Nelsinho Piquet bénéficie de l'immunité accordée par la FIA tandis que la FIA reconnaît qu'Alonso n'était pas au courant de l'affaire.
Le, pour son troisième départ enNationwide Series, Nelson Angelo Piquet effectue une pige au volant d'une Chevrolet de l'équipeTurner motorsport sur le circuit de Road America : il réalise la pole position, domine la course et remporte ainsi laSargento 200. Il devient le premier Brésilien à remporter une épreuve dans cette série.
En, il participe à une simulation de course grandeur nature du nouveauchampionnat de Formule E FIA de monoplaces électriques[3]. Il pilote pour l'écurie sino-espagnole China Racing, rebaptisée ensuite « NEXTEV TCR », et a pour coéquipierHo-Pin Tung. Le, il remporte le premier championnat de FE avec un point d'avance surSébastien Buemi, avec deux victoires[4].
Pour la saison 2017-2018, il quitteNextEV pour rejoindre Jaguar[5].
Pilotes brésiliens en championnat du monde de Formule 1
Les pilotes n'ayant pas participé à au moins une épreuve ne sont pas mentionnés ; les années indiquent une participation à au moins une épreuve de la saison.