Tsunoda maakte zijnautosportdebuut in 2016, toen hij deelnam aan het voorlaatste raceweekend van hetJapanse Formule 4-kampioenschap op hetSuzuka International Racing Course, waarbij hij uitkwam voor het Sutekina Racing Team. Hij eindigde direct als tweede en vierde in de races, waardoor hij met 30 punten zestiende werd in het kampioenschap. In 2017 bleef hij actief in dit kampioenschap, maar stapte hij over naar het team Honda Formula Dream Project. Hij won drie races op hetOkayama International Circuit, deFuji Speedway en in Suzuka. Met 173 punten eindigde hij achterRitomo Miyata enUkyo Sasahara als derde in het klassement.
In 2018 bleef Tsunoda actief in de Japanse Formule 4 bij Honda. Aan het begin van het seizoen won hij vijf races op een rij in Okayama, Fuji (tweemaal) en Suzuka (tweemaal). In de rest van het seizoen behaalde hij overwinningen op hetSportsland SUGO en deTwin Ring Motegi. Vanwege een aantal nulresultaten duurde het echter tot de laatste race van het seizoen in Motegi tot hij kon worden uitgeroepen tot kampioen na een lange strijd met zijn teamgenootTeppei Natori. Hij eindigde het seizoen uiteindelijk met 245 punten.
In2019 maakte Tsunoda zijnFormule 3-debuut in het nieuweFIA Formule 3-kampioenschap, waarin hij uitkwam voor het teamJenzer Motorsport. Ook werd hij toegevoegd aan hetRed Bull Junior Team, het opleidingsprogramma van hetFormule 1-teamRed Bull Racing, als onderdeel van de nieuwe relatie van het team met Honda. Hij kende een moeizame start van het seizoen, maar na de zomerstop behaalde hij drie opeenvolgende podiumplaatsen, waaronder zijn eerste overwinning op hetAutodromo Nazionale Monza. Met 67 punten werd hij negende in de eindstand. Ook kwam hij dat jaar uit in deEuroformula Open voor hetTeam Motopark. Hij won een race op deHockenheimring en behaalde nog vijf podiumplaatsen, maar moest ook twee raceweekenden missen vanwege zijn verplichtingen in de FIA Formule 3. Met 151 punten werd hij vierde in de klasse. Aan het eind van het jaar debuteerde hij in deGrand Prix van Macau voorHitech Grand Prix en werd elfde in de hoofdrace.
In2020 stapte Tsunoda over naar deFormule 2, waarin hij voor het team vanCarlin uitkwam. Al tijdens het tweede raceweekend op deRed Bull Ring behaalde hij zijn eerste pole position, maar door een storing in de boordradio kon hij deze niet omzetten in een overwinning en werd hij tweede. OpSilverstone wist hij daarentegen te profiteren van een ongeluk tussen dePrema-coureursMick Schumacher enRobert Shwartzman en won hij zijn eerste race in het kampioenschap. Ook opSpa-Francorchamps en hetBahrain International Circuit wist hij races te winnen. Met 200 punten werd hij achter Schumacher enCallum Ilott derde in het klassement.
Op 27 maart 2025 werd bekend dat hij zou gaan rijden voorRed Bull Racing vanaf deJapanse Grand Prix.[1] Tsunoda is de vervanger vanLiam Lawson die vanwege tegenvallende prestaties in de eerste twee races van het seizoen werd vervangen. Lawson neemt de plaats in van Tsunoda in hetRacing Bulls team.