Kevin Jan Magnussen werd op 5 oktober 1992 in Roskilde, Denemarken geboren als zoon van voormalig Formule 1-coureur Jan Magnussen en Britt Petersen.
In 2005 begon Magnussen aan zijn kart-carrière. Na het leerjaar 2005 won hij in 2006 het Peugeot Super Kart ICA Junior-kampioenschap en het NEZ-kampioenschap in de ICA Junior-klasse.
In 2008 maakte hij zijn debuut in de autosport. In zijn debuutjaar won hij meteen een race, zette de snelste ronde neer en behaalde de pole position voor een race om het NEZ Formule Ford-kampioenschap. Hij reed in 2008 gedurende zes wedstrijden voor Frits van Amersfoort in het ADAC Formel Masters kampioenschap, hierbij haalde hij twee podiums. Belangrijkste kampioenschap voor Magnussen dat jaar was het Formule Ford kampioenschap in Denemarken. Hij werd hier met elf overwinningen in vijftien races afgetekend kampioen. In 2009 werd hij tweede in het Formula Renault 2.0 NEC kampioenschap om in 2010 over te stappen naar het ATS Formule 3 kampioenschap in Duitsland. Na een derde plaats in het Britse Formule 3 kampioenschap van 2011 werd hij in 2012 testrijder bij McLaren. Magnussen reed twee seizoenen Formule Renault 3.5 en werd kampioen in 2013.
Na zijn kampioenschap in 2013 kreeg hij in 2014 de kans om Lewis Hamilton te vervangen bij McLaren. Magnussen reed in zijn eerste race naar het podium. Het bleek later het enige echte hoogtepunt te zijn dat seizoen. Na een jaar op de reservebank te hebben gezeten tekende hij voor 2016 bij Renault. Na opnieuw een moeizaam jaar kreeg hij in 2017 de kans om voor het Haas F1-team te tekenen. In 2018 behaalde hij met dit team de negende plaats in het kampioenschap.
In 2019 en 2020 bleef Magnussen ook voor het Amerikaanse team rijden, maar zijn contract werd niet verlengd en moest op zoek naar andere racehobby's, waaronder het langeafstandsracen in Amerika.
Toch kreeg zijn carrière een plotwending. Hij mocht de Rus Nikita Mazepin vervangen bij Haas, die vanwege de politieke situatie in Rusland en Oekraïne niet meer welkom was.
Magnussen behaalde zijn hoogtepunt in 2022 door op een verregend Interlagos (Brazilië) tegen alle verhoudingen zijn allereerste poleposition in de Formule 1 te bemachtigen. Het was ook voor Haas de eerste pole ooit.
In 2023 heeft Magnussen een nieuwe teamgenoot: Nico Hulkenberg.