In 2006 maakte Ocon zijn autosportdebuut in het karting, toen hij als achtste eindigde in het Franse Minime-kampioenschap, voordat hij dit kampioenschap won in 2007. In 2008 won hij het Franse Cadet-kampioenschap en in 2009 stapte hij over naar internationale kampioenschappen. Hij reed hier in de KF3-categorie, waar hij tot 2011 actief bleef. Hij won de Franse KF3-titel en eindigde als tweede in de WSK Euro Series.
In 2013 stapte Ocon over naar het ART Junior Team in de Eurocup. Hij behaalde vijf podiumplaatsen, inclusief twee overwinningen op Paul Ricard en het Circuit de Barcelona-Catalunya. Met 159 punten eindigde hij achter Pierre Gasly en Oliver Rowland als derde in het kampioenschap. Ook nam hij deel aan enkele raceweekenden in de Formule Renault 2.0 NEC. Met een overwinning in de eerste race van het seizoen op de Hockenheimring en twee andere podiumplaatsen eindigde hij als twaalfde in het kampioenschap met 122 punten.
Aan het eind van 2013 maakte Ocon zijn debuut in de Formule 3 in de Grand Prix van Macau voor het Prema Powerteam. Hij kwalificeerde zich als vijftiende voor de eerste race, die hij als tiende eindigde. In de tweede race eindigde hij ook als tiende.
In 2015 stapte Ocon over naar de GP3 Series, waar hij uitkomt voor het team ART Grand Prix. Hij behaalde tijdens de eerste race op het Circuit de Barcelona-Catalunya meteen zijn eerste overwinning. Hij won hierna geen races meer, maar werd wel, met onder andere een recordaantal van negen tweede plaatsen op een rij, kampioen tijdens de laatste race op het Yas Marina Circuit nadat hij zijn laatste concurrent Luca Ghiotto voor wist te blijven.
DTM
In 2016 maakte Ocon zijn debuut in de DTM bij het door Mercedes gerunde ART Grand Prix als vervanger van de naar de Formule 1 vertrokken Pascal Wehrlein. Tijdens de eerste vijf raceweekenden was een vijfde plaats tijdens de race op het Circuit Park Zandvoort zijn beste resultaat, maar hierna maakte hij zelf de overstap naar de Formule 1 en werd hij vervangen door Felix Rosenqvist.
Formule 1
Ocon maakte zijn debuut in een Formule 1-auto in een Lotus E20 op 22 oktober 2014 op het Circuit Ricardo Tormo Valencia voor het team van Lotus, waar hij sinds 2010[1] in het opleidingsprogramma zat. Hij maakte hier genoeg kilometers om in aanmerking te komen voor een superlicentie. Later die maand reed hij op 29 oktober 2014 ook een dag in de Ferrari F10 op het circuit van Fiorano als een beloning voor het behalen van het Europees Formule 3 kampioenschap.[2] Tijdens de laatste race van 2014 in Abu Dhabi maakte hij voor Lotus zijn debuut in de eerste vrije training in de Formule 1 waar hij 28 ronden reed in de Lotus E22 met een 16e tijd als resultaat.[3] Na deze Grand Prix testte hij nogmaals de Lotus.[4]
In 2015 stapte Ocon in de Force IndiaVJM08 na de Grands Prix van Spanje en Oostenrijk als testcoureur.[5] In mei 2015 maakte hij de overstap naar het ontwikkelingsprogramma van Mercedes als DTM-testrijder[6] en op 28 november 2015 werd hij aangekondigd als testrijder bij het Formule 1-team van Mercedes.
In 2017 maakt Ocon de overstap naar het Force India F1 Team voor zijn eerste volledige Formule 1-seizoen als opvolger van de vertrokken Nico Hülkenberg.[9] Tijdens raceseizoen 2018 werd duidelijk dat Lance Stroll - zoon van investeerder Lawrence Stroll - in 2019 coureur zou worden bij het team van Force India, ten koste van Ocon. De tweede coureur bij Force India is namelijk Sergio Pérez, die aanzienlijk meer sponsors met zich meebrengt en daardoor in financieel opzicht meer kan bijdragen dan Ocon. Ocon tekende daarop een test- en reserverijderscontract bij Mercedes.[10]
In augustus 2019 werd bekendgemaakt dat Ocon in het seizoen 2020 terugkeert als Formule 1-coureur bij het team van Renault als vervanger van Nico Hülkenberg.[11]
Op 1 augustus 2021 heeft Ocon in Hongarije zijn eerste Grand Prix gewonnen.[12]
Op 25 juli 2024 werd bekend dat Ocon vanaf 2025 uit zal komen voor het team van Haas.[13]
