Sergio Pérez Mendoza werd op 26 januari 1990 in Guadalajara, Mexico geboren als zoon van Antonio Pérez Garibay en Marilú Mendoza Perez. Hij heeft een oudere zus (Paolo) en een oude broer Antonio Pérez. Antonio is actief in de NASCAR Mexico Series, een door NASCAR georganiseerd kampioenschap dat uitsluitend in Mexico zijn wedstrijden heeft. Sergio Pérez wordt ook wel Checo genoemd, een bijnaam die alle Mexicaanse mannen genaamd Sergio krijgen.
Op zesjarige leeftijd stapte Perez voor het eerst in een kart. In zijn eerste jaar bij de mini's behaalde hij vier overwinningen en werd hij tweede in het kampioenschap. Het daaropvolgende jaar reed hij een klasse hoger (Youth Class) en werd hij vijfde in het kampioenschap. In zijn kart-carrière, die duurde tot 2003, behaalde hij meerdere overwinningen maar kwam een titel slechts één maal aan de orde. In 1998 werd Perez kampioen in de Juniorenklasse. Door zijn goede prestaties werd hij opgenomen in het talentenprogramma van Escuderia Telmex.
Na een jaartje te hebben gereden in de Verenigde Staten in het Skip Barber National Championship in 2004, besloot Perez met sponsoring van Telmex zijn carrière voort te zetten in Europa. Na een moeizaam begin in de Formule BMW ADAC werd hij in 2007 Brits Formule 3 kampioen in de National Class (B-divisie). In 2008 behaalde hij de vierde plaats in de reguliere Britse Formule 3-series. Perez behaalde twee overwinningen tijdens het Asian GP2-seizoen in 2008-2009 en was teamgenoot van Giedo van der Garde bij Barwa Addax in 2010. Hij eindigde dat jaar met vijf overwinningen als tweede in het kampioenschap.
In 2011 maakte Pérez zijn debuut in de F1 bij Sauber. Hij scoorde in zijn eerste jaar veertien punten. In 2012 was Perez in de mogelijkheid om de Grand Prix van Maleisië te winnen. De Mexicaan settelde zich als tweede achter de uiteindelijke winnaar Fernando Alonso. Perez scoorde in 2012 drie podiums en eindigde als tiende in de stand om het wereldkampioenschap.
Na een moeizaam jaar bij McLaren besloot hij over te stappen naar het team van Force India. Voor deze renstal behaalde hij in totaal vijf podiums en finishte twee keer als zevende in de eindstand met meer dan honderd punten.
In 2021 is Sergio Pérez overgestapt naar Red Bull racing, waar hij samen met Max Verstappen reed. Bij Red Bull Racing verving hij Alexander Albon. Bij Red Bull had hij geen gemakkelijke start, maar uiteindelijk wist Checo zijn plek te vinden. Zijn grootste overwinning, vanuit teamperspectief, kwam in Abu Dhabi. Toen wist Pérez de aanvallen van Lewis Hamilton af te weren, wat resulteerde in de eerste wereldtitel van teamgenoot Verstappen.
Begin 2022 kon Sergio Pérez het Verstappen moeilijk maken en zat de Nederlander op de hielen in het kampioenschap. De Mexicaan beleefde zijn hoogtepunt in Monaco en liet daarmee zijn ambities om wereldkampioen te worden duidelijk zien. Toch moest Pérez daarna zijn meerdere erkennen in Verstappen en Leclerc en werd uiteindelijk derde in de eindstand.
In 2023 rijdt Pérez opnieuw voor Red Bull Racing naast Verstappen.