Bruno Senna w trakcie wyścigu Formuły 3 w Australii w 2006 roku
Bruno trenował na kartach wraz z Ayrtonem Senną, który cenił jego umiejętności. Śmierć Ayrtona Senny szybko zakończyła jego karierę, jednak w ostatnich latach były partner Ayrtona Senny, Gerhard Berger przekonał rodzinę Bruna do pomocy w rozwijaniu jego kariery. Po pięciu wyścigach w Formule BMW i Formule Renault przeniósł się do Brytyjskiej Formuły 3 w 2005 roku. W ostatnich siedmiu wyścigach sezonu trzykrotnie stanął na podium, startując w barwach zespołu Räikkönen Robertson Racing.
Brał udział w wyścigach pomocniczych Formuły 3 podczas Grand Prix Australii 2006, wygrał trzy z czterech, które się odbyły. W sezonie 2006 startował w Formule 3 w barwach zespołu, którego właścicielami są Kimi Räikkönen i jego menedżerowie Steve i David Robertson. W klasyfikacji końcowej zajął trzecie miejsce. Następnie podpisał kontrakt z ekipą GP2 Arden International na występy w sezonie 2007.
12 maja 2007 roku Bruno Senna odniósł na torze w Barcelonie pierwsze w karierze zwycięstwo w GP2.
W roku 2008 dostał propozycję startów w sezonie 2009 w zespole Honda Racing F1, do podpisania umowy jednak nie doszło, gdyż Honda z powodów ogólnoświatowego kryzysu wycofała się z Formuły 1. Startował w wyścigach długodystansowych Le Mans w zespole ORECA.
W 2009 roku przed kwalifikacjami do Grand Prix Abu Zabi, Senna podpisał kontrakt początkowo z Campos Meta Team[1]. Kiedy okazało się, że zespół popadł w problemy finansowe, przyszłość w Formule 1 Senny była niepewna. Ostatecznie 19 lutego 2010 zespół został kupiony przez José Ramóna Carabante, który przekształcił zespół w Hispania Racing F1 Team. Niespełna tydzień przed rozpoczęciem sezonu zespół zaprezentował bolid Hispania F110 oraz przedstawił drugiego kierowcę, którym został Karun Chandhok. Pierwsze kilometry Senna zaliczył w bolidzie HRT w pierwszym treningu do Grand Prix Bahrajnu. Zajął ostatnie miejsce z czasem gorszym od pierwszego kierowcy o ok. 8 sekund. W kwalifikacjach do Grand Prix Bahrajnu ustanowił dwudziesty trzeci czas przed partnerem z zespołu, który był ostatni z czasem gorszym o sekundę. Senna wystartował z alei serwisowej, wyścig zakończył na 17 okrążeniu przez awarię silnika. W Grand Prix Australii Senna uzyskał ponownie dwudziesty trzeci czas, zakończył wyścig na czwartym okrążeniu przez awarię układu hydraulicznego. Podczas kwalifikacji do Grand Prix Malezji trzeci raz z rzędu wystartował dwudziesty trzeci. Jego najwyższa pozycja startowa to osiemnaste miejsce, które uzyskał w Grand Prix Węgier. W Grand Prix Wielkiej Brytanii Senna został zastąpiony przez Sakona Yamamoto byłego kierowcę Spykera oraz Super Aguri. Szef zespołu stwierdził iż chciał zobaczyć jak sobie poradzi za kółkiem bolidu Japończyk, potwierdzając następnie że w wyścigu o Grand Prix Niemiec Senna będzie brał udział.
Sezon 2011 rozpoczął jako kierowca testowy zespołu Lotus Renault GP[2]. Podczas pierwszego treningu do Grand Prix Węgier zastąpił Nicka Heidfelda[3].
24 sierpnia 2011 ogłoszono, że Senna zastąpi Heidfielda podczas całego weekendu Grand Prix Belgii[4] i Włoch[5]. Podczas swojego drugiego startu w LRGP, a dwudziestego w F1, w GP Włoch, zajmując dziewiąte miejsce[6] (po starcie z dziesiątego[7]) wywalczył swoje pierwsze dwa punkty w karierze Formuły 1 i pojawił się na 18. pozycji w klasyfikacji generalnej[8]. Podczas nocnego wyścigu na Marina Bay w Singapurze wystartował z 15. miejsca i utrzymał je do mety[9].
17 stycznia 2012 zespół Williams potwierdził podpisanie kontraktu z Senną na starty w sezonie 2012[10].
Senna jeździł w kasku bazującym na tym, w którym jeździł jego tragicznie zmarły wuj, Ayrton Senna. Różni on się użyciem koloru granatowego zamiast czarnego oraz falowanymi liniami, podczas gdy tamten miał je proste.
W sezonie 2014/2015 Brazylijczyk podpisał kontrakt z indyjską ekipą Mahindra Racing na starty w Formule E. W ciągu jedenastu wyścigów, w których wystartował, uzbierał łącznie 40 punktów. Został sklasyfikowany na dziesiątej pozycji w końcowej klasyfikacji kierowców.
