I 2005 kjørte han for Jordan i Formel 1, og ble med det Indias første Formel 1-fører. I USAs Grand Prix tok han fjerdeplass, i et løp hvor kun seks biler startet, ettersom bilene som kjørte på Michelin-dekk kjørte inn på depotet etter oppvarmingsrunden av sikkerhetsmessige hensyn. Karthikeyan ble også den første og eneste indiske fører til å ta poeng i Formel 1. Senere ble han testfører for Williams i 2006 og 2007.
I 2011 kjørte han de åtte første løpene av sesongen for HRT. Han ble erstattet av Daniel Ricciardo fra Storbritannias Grand Prix og var deretter testfører for samme lag, men fikk kjøre i Indias Grand Prix samme år, som var det første Formel 1-løpet i hans hjemland India. I 2012 fikk han igjen kontrakt med HRT, og denne gang fullførte han sesongen.
Han ble hedret med den indiske offisielle sivile utmerkelse Padma Shri for sin innsats.
