Dixon werd geboren inBrisbane,Australië. Zijn beideNieuw-Zeelandse ouders waren autocoureur en het gezin verhuisde naarAuckland, Nieuw-Zeeland toen Dixon nog erg jong was.
Dixon begon met kartracen op 7-jarige leeftijd. Hij boekte successen in diverse raceklassen en in1995 won hij in eenFormule Ford klasse 13 van de 14 races. Vanaf1997 ging hij racen inAustralië en in1999 verhuisde hij naar deVerenigde Staten waar hij dat jaar aan de slag ging in deIndy Light series. In2000 won hij dat kampioenschap.
In2001 maakte hij de overstap naar deChamp Car, waar hij meteen succes had met het winnen van de race op deNazareth Speedway. Hij eindigde achtste in het kampioenschap. In2002 werd hij dertiende in het kampioenschap met een tweede plaats op hetstratencircuit van Denver als beste resultaat in een race.
In de twee jaren die erop volgde bleven de goede resultaten enigszins uit, hij werd tiende in het kampioenschap van2004 en won geen races en werd dertiende in het kampioenschap van2005, maar kon de voorlaatste race op het circuitWatkins Glen International winnen.
Vanaf2006 kwamen er weer betere resultaten met twee overwinningen en een vierde plaats in het kampioenschap. In2007 won hij vier races en werd tweede in het kampioenschap na winnaarDario Franchitti.
In2008 won hij voor de tweede keer de IndyCar series. Hij won zes races dat seizoen waaronder deIndianapolis 500, die hij voor de eerste keer in zijn carrière won. In2009 eindigde hij op de tweede plaats in het kampioenschap na zijn teamgenoot Dario Franchitti.
Dixon blijft in de jaren daarna overwinningen en kampioenschappen aan elkaar rijgen. Ook in2013,2015 en2018 mag hij zich uitroepen tot IndyCar kampioen. In2020 blijft hij rijden voor het team van Chip Ganassi Racing. Hij wint de eerste drie wedstrijden van het seizoen in Texas, Indianapolis en Road America. Een spannend seizoen volgt met een nauwe strijd met concurrentJosef Newgarden. Tijdens de Indy 500 van dat jaar behaalt hij zijn derde 2e plaats uit zijn carrière achter winnaarTakuma Sato. Tijdens de laatste race in St. Petersburg weet hij zijn zesde titel veilig te stellen.
In 2022 wint Dixon op het stratencircuit van Toronto en behaalt hiermee zijn 52e overwinning. Hiermee staat hij op gelijke hoogte metMario Andretti in de lijst van meeste overwinningen, achterA.J. Foyt (67). Het is tevens zijn 18e seizoen op rij met een overwinning in de IndyCar.
Hij reed de24 uur van Daytona races van 2004 tot en met 2022. Deze race weet hij vier keer op zijn naam te zetten. Samen met Dan Wheldon en Casey Mears won hij de race van 2006. Ook in 2015 wint hij de race en in 2018 is hij winnaar in zijn klasse. In 2020 wint hij de race samen met o.a. de NederlanderRenger van der Zande.
Dixon heeft vijfkeer deelgenomen aan de24 uur van Le Mans, van 2016 tot en met 2019 en in 2023. Beste resultaat was een 3e plaats in de GT Pro klasse in 2016.