2012年9月28日，迈凯伦F1车队官方宣布与佩雷兹签署了一份多年的合同，他将从下赛季开始与简森·巴顿搭档。

2013年4月21日，在巴林大奖赛，佩雷兹以第6名完赛，领先于法拉利的阿隆索（第8）和队友巴顿（第10）。7月，F1德国站排位赛，佩雷兹名列第13位。8月比利时大奖赛，佩雷兹获得第13名的成绩，未能获得积分。11月13日，佩雷兹确认将会在赛季结束离开迈凯伦，他的位置将由马格努森取代。12月12日，印度力量F1车队官方宣布签约塞尔吉奥·佩雷兹，确定佩雷兹将与霍肯伯格搭档效力2014赛季。

2014年3月，F1澳大利亚站，佩雷兹以第11完赛，但由于丹尼尔·里卡多违反了燃油流速限定被取消资格，他升至第10，为印度力量拿下第一分。4月6日，巴林大奖赛，佩雷兹抵挡住里卡多的进攻以第三名完赛，为印度力量取得了自2009年来的第一个领奖台。8月24日，比利时大奖赛，佩雷兹获得第九名，为车队带来两分。

2014年11月22日，印度力量F1车队宣布与佩雷兹续签多年的长约，佩雷兹将在在2015年以及更远的未来继续为车队比赛。

2015年10月11日，F1俄罗斯站，佩雷兹获得了个人本年的第一次和印度力量的第三次领奖台。本赛季全年共积分78分，力压队友霍肯伯格20分，位列车手积分榜第9。

2016年，佩雷兹经历了艰难的前四场比赛，但是在巴塞罗那的升级后，情况出现了改观。他在西班牙站以第7完赛。5月29日，在摩纳哥站，佩雷兹在湿地中出色的驾驶和多变的情况让他收获了生涯第6个，也是印度力量第4个领奖台，获得第三名。6月13日，F1加拿大大奖赛，佩雷兹获得第10名。本赛季全年共积分101分，位列车手积分榜第7，刷新个人的最佳排名。

2016年10月1日，F1印度力量车队确认与墨西哥车手塞尔吉奥·佩雷兹续约一年。2017赛季，佩雷兹将继续驾驶印度力量赛车参赛，队友仍然是德国车手尼科·霍肯伯格。

2017年，佩雷兹与新队友奥康的竞争十分激烈。在加拿大站，佩雷兹阻止了队友的进攻，以第5完赛。到了巴库站，两人更是发生了碰撞，导致了佩雷兹的退赛。在比利时，两人的碰撞让佩雷兹爆胎，最终未能完成比赛。两人间的关系一度火药味十足。最终佩雷兹全年共积分100分，位列车手积分榜第7，再次在“地球组”位列第一。

2018年对佩雷兹来说并不轻松，车队经历着空前的财政危机。但在混乱的第三站阿塞拜疆站中，他再次凭借稳定的发挥拿到第三，登上领奖台。季中由于车队老板的个人财政问题，印度力量濒临破产，作为车队的债主之一，为了拯救车队，佩雷兹使车队进入被托管状态，直到新的财主斯托尔财团收购车队。在夏休结束后的首站比利时站，佩雷兹以新车队赛点印度力量车手的身份在排位赛中拿到第4，这是他生涯中的最佳发车位，而正赛也以第5完赛。这一年，佩雷兹与队友奥康的竞争仍时有发生，在新加坡站刚发车后，两人就发生了碰撞，导致奥康直接退赛，而他本人也仅以16完赛。本赛季全年共积分62分位列车手积分榜第8，再次打败队友奥康，却不敌转投雷诺的前队友霍肯伯格。

2018年10月18日，F1赛点-印度力量车队官方宣布，佩雷兹2019赛季留队，这也将是他为印度力量车队效力的第6个赛季。与他搭档的将是车队金主劳伦斯·斯托尔之子兰斯·斯特罗尔。

2019年巴林大奖赛，佩雷兹以第10名完赛，收获了该赛季的第一个积分。

2019年上半年，佩雷兹受赛车性能影响表现乏力，12场比赛仅3场进入积分区，夏休期前在积分榜上一度仅排第16名。得益于赛车的升级，佩雷兹的下半年表现亮眼，9场比赛除了新加坡因故障退赛外场场拿分，尤其是阿布扎比站，佩雷兹在最后一圈完成了对诺里斯的超越，更是因为这一超，佩雷兹完成了积分榜对诺里斯的反超，成为年度总积分第十。2019年8月底，赛点车队宣布佩雷兹与车队续约至2022年。

2020年对佩雷兹来说充满起伏。在英国大奖赛前夕，佩雷兹确诊感染新冠病毒，成为F1首位感染新冠肺炎的车手，因而缺席了英国大奖赛和70周年大奖赛两场比赛。2020年9月，在托斯卡纳站前夕，佩雷兹宣布将在本赛季结束后离队，取而代之的是四届世界冠军塞巴斯蒂安·维特尔。在经过一系列低谷后，佩雷兹愈战愈勇。土耳其大奖赛，佩雷兹在混乱的雨战中获得排位赛第三名，实现生涯截至该场比赛的最佳发车位，在随后的正赛中取得亚军，收获该赛季也是自2018年阿塞拜疆大奖赛以来第一个领奖台。在接下来的巴林大奖赛中，佩雷兹全场比赛大部分时间位于第三名，却在倒数第三圈因引擎故障遗憾退赛，错失连续两场比赛登上领奖台的机会。而在接下来的萨基尔大奖赛中，佩雷兹P5发车，首圈遭遇与勒克莱尔的碰撞事故跌到最后，但是领跑的梅赛德斯车队出现超级大乌龙，最终一路追赶的佩雷兹夺得F1萨基尔大奖赛冠军，在参加过190场大奖赛后，佩雷兹终获生涯第一个冠军，成为历史上参赛次数最多而获得首胜的车手。从全赛季来看，佩雷兹表现相当稳定，在除了缺席的两场比赛和因赛车故障退赛的两场比赛外，其余比赛全部获得积分，最终车手积分榜排名第四，也是截至2020年的最佳年度排名。

2020年12月，佩雷兹签约红牛车队，接替亚历山大·阿尔本搭档马克斯·维斯塔潘。他成为继马克·韦伯2007年从威廉姆斯加盟红牛后，第一个来自非红牛青训营的车手。

佩雷兹在红牛的首秀并不顺利，在2021年揭幕战巴林站中，佩雷兹在排位赛中仅获第11名，止步Q2，在正赛暖胎圈又因引擎故障赛车宕机，停在赛道外，好在赛车不久后恢复正常，最终从维修通道发车。正赛开始后，佩雷兹又像2020年的萨基尔大奖赛一样，掉到队尾后不断超车，最终以第五名完赛。

2021年6月6日，在F1阿塞拜疆大奖赛正赛上，红牛车手佩雷兹守住第一位，拿到职业生涯的第2座分站冠军。

2022年3月，在F1沙特站排位赛中，佩雷兹夺得职业生涯首个杆位。4月，在F1澳大利亚大奖赛正赛中，佩雷兹夺得亚军。4月23日，2022年F1伊莫拉站冲刺赛结束，佩雷兹获得第三名。4月24日，2022年F1伊莫拉站正式比赛结束，佩雷兹获得亚军。5月7日，2022年F1迈阿密大奖赛第2次练习赛结束，佩雷兹位列第三。5月8日，在2022年F1迈阿密大奖赛排位赛中，佩雷兹获得第4名。5月9日，在F1迈阿密大奖赛正赛上，佩雷兹获得第四名。5月21日，2022年F1西班牙大奖赛排位赛结束，佩雷兹位列第五名。5月22日，在F1西班牙大奖赛正赛中，佩雷兹获得亚军。5月，2022年F1摩纳哥大奖赛排位赛，红牛车队佩雷兹第三。正式比赛，佩雷兹在比赛前半段利用进站策略超越塞恩斯和勒克莱尔取得领跑；比赛尾声阶段，他顶住塞恩斯的进攻，拿到个人赛季第一座分站冠军，也是个人F1生涯第三个冠军。同月，红牛车队官方宣布与墨西哥车手佩雷兹续约至2024赛季。6月，2022年F1阿塞拜疆大奖赛二练结束，佩雷兹落后0.248秒排名第二。排位赛，红牛车队佩雷兹位列第二位。正赛，佩雷兹夺得亚军。北京时间6月19日，F1加拿大站排位赛鸣金收兵，佩雷兹排名第13位。7月，F1英国大奖赛排位赛，佩雷兹排名第4位。正赛，佩雷兹获得亚军。同月，F1奥地利大奖赛排位赛，佩雷兹排名第4。冲刺赛，佩雷兹位列第五位。7月23日，2022年F1法国大奖赛排位赛在保罗-里卡德赛道结束，佩雷兹获得第三名。2022年F1法国大奖赛正式比赛第四名。7月31日，2022赛季F1锦标赛在匈牙利的亨格罗宁赛道迎来赛季第13站的争夺，佩雷兹位列第五位。8月27日，参加2022赛季世界一级方程式锦标赛（F1）比利时大奖赛排位赛。 8月28日，2022赛季F1锦标赛在比利时著名的斯帕赛道迎来赛季第14站，佩雷兹获得亚军。9月，F1荷兰大奖赛正赛，佩雷兹获得第五名。10月，F1新加坡大奖赛正赛，佩雷兹在3个小时比赛倒计时结束时率先撞线，摘得冠军。F1日本大奖赛正赛，佩雷兹第三完赛，不过由于勒克莱尔被罚5秒，佩雷兹升至第二名。在2022年F1美国大奖赛正赛中，佩雷兹以第四名的成绩完赛。F1墨西哥大奖赛正赛，主场作战的佩雷兹收获季军。11月，在2022赛季F1锦标赛圣保罗大奖赛排位冲刺赛中，佩雷兹位列第5；正赛，佩雷兹以第7名的成绩完赛。同月，F1阿布扎比大奖赛正赛，佩雷兹斩获分站季军，也将车手年度季军收入囊中。

2023年3月5日，2023赛季世界一级方程式锦标赛巴林大奖赛，佩雷兹获得亚军。3月19日，2023赛季F1沙特大奖赛排位赛，佩雷兹以1分28秒265的成绩获得杆位。3月，2023年F1沙特大奖赛正赛，佩雷兹获得冠军。4月2日，2023赛季F1澳大利亚大奖赛正赛中，佩雷兹获得第五名。4月30日，2023年F1世界锦标赛阿塞拜疆大奖赛正赛，佩雷兹夺得冠军。5月，在2023年F1迈阿密大奖赛排位赛，红牛车队佩雷兹夺得杆位。5月8日，2023赛季F1迈阿密大奖赛正赛，佩雷兹获得亚军。7月2日消息，2023年F1奥地利大奖赛正式比赛在红牛环赛道结束，佩雷兹拿到季军。7月24日，在匈牙利布达佩斯附近的亨格罗宁赛道举行的2023赛季世界一级方程式赛车（F1）匈牙利大奖赛正赛中，佩雷兹获得第三名。9月3日，F1意大利大奖赛正赛，佩雷兹获得亚军。11月19日，F1拉斯维加斯大奖赛，佩雷兹拿下本站季军并锁定本年度车手总亚军。

2024年3月，F1巴林大奖赛，佩雷兹获得亚军。F1沙特大奖赛，佩雷兹获得亚军。4月，F1日本大奖赛，佩雷兹获得亚军。4月20日，在2024世界一级方程式锦标赛(F1)中国大奖赛冲刺赛中，获得季军。4月21日，F1中国大奖赛正赛，佩雷兹获得季军。6月5日，根据红牛车队官方的消息，车队与佩雷兹达成一份两年的续约合同，双方的合同将在2026年底到期。

佩雷兹出身于赛车运动家庭，他的父亲曾是墨西哥 F3 冠军，他的哥哥参加过纳斯卡赛车比赛。

2020年7月31日凌晨，一级方程式赛车（F1）和国际汽联发表联合声明，确认F1赛点车队的车手佩雷兹新冠病毒检测为阳性，称其已开始自我隔离。佩雷兹由此成为首位确诊感染新冠肺炎的F1车手。

（数据截至2024年8月16日）

塞尔吉奥·佩雷兹的工作做得非常好。当你来到迈凯轮，没能获得一辆快车，很容易感到不知所措。他是一个聪明人，尽管他非常年轻，但在我的印象中，他没有犯任何错误。他是一位团队型的车手。（迈凯轮车队领队惠特马什 评）

我们已经看到了佩雷兹在去年在索伯车队时的优异表现，我想他的到来会给车队注入一股强大的力量。他只有22岁，不过他的理解能力很强，知道怎样使用赛车，所以我想我们一定会结成一个强大的组合。（简森·巴顿 评）

2012年佩雷兹在索伯车队表现优异，三次登上领奖台，其中马来西亚大奖赛和意大利大奖赛上都获得了第二名，最后获得了车手积分榜第十名的好成绩。可以说，佩雷兹正处于上升期，这也是迈凯轮看中他的原因。（网易体育 评）