Kovalainen comenzó su carrera en el karting en 1991, para acabarla en el año 2000, además de ser campeón de la Fórmula A finlandesa en 1999, campeón de los países nórdicos en 2000, y campeón de la Elf Masters.

Su temprana relación Renault se inició en 2001 con su participación en la Fórmula Renault y se prolongó con su incorporación al programa de jóvenes pilotos. En la Fórmula 3 británica empezó a destacar con algunos triunfos y su paso a las World Series de Nissan terminó con la consecución del campeonato.

Estrenó la nueva categoría GP2 con una victoria y terminó segundo antes de pasar a la Fórmula 1. Tras el preceptivo año como probador en Renault logró un puesto como piloto oficial en 2007, cuando terminó en sexta posición en la clasificación y con un segundo puesto en Japón como su mejor logro.

En 2007 fue fichado por McLaren para compartir equipo con Lewis Hamilton. A pesar de sus prometedores inicios repitió en el séptimo puesto de la clasificación que había obtenido un año antes con Renault, aunque con su primera victoria en un Gran Premio (Hungría).

Su papel en 2009 es una incógnita debido a la incertidumbre de inicios de temporada con McLaren y a su particular función de escudero del vigente campeón.