A l'origine, Takuma Sato se destinait à être coureur cycliste rêvant des pentes du Tourmalet ou de l'Alpe d'Huez. Mais changea d'avis pour se tourner vers la compétition automobile. A 19 ans, Takuma Sato se tourne vers le Karting et se fait remarquer par Honda qui lui offrira une place dans son école de pilotage à Suzuka. En 1998, il débarque en Angleterre où il dispute la fin de saison en formule Vauxhall junior et les "Winter series" de la Formule Opel. Il remporte sa première victoire en 1999 en formule Vauxhall. Andrew Gilbert-Scott devient son manager et le pousse en F3 où Takuma Sato explose et bouscule le futur lauréat, Antonio Pizzonia. Ses relations privilégiées avec Honda et des résultats désormais à la hauteur lui ouvrent les portes de BAR où il devient pilote d'essais pour la saison 2001 tout en disputant la saison en F3. Il remporte 12 courses (un record). Jordan désireux de plaire à son motoriste engage le japonais pour 2002 à la place de Jean Alesi. 

Le pilote du soleil levant a déjà fortement amélioré son pilotage et son approche de la course depuis ses débuts chez Jordan en 2002, et s’est permis le luxe de devancer Button en certaines occasions. Pour sa troisième saison complète, Takuma devra avant tout faire montre d’une grande constance – son talon d’Achille – et devra pour cela bien digérer les nouvelles réglementations sportives et techniques. Economiser les pneus n’est pas le point fort de Sato, mais son talent, sa maturité et sa vélocité sont des armes qui devraient lui permettre de bien négocier la saison 2005.

Son principal coup d'éclat fut le Grand Prix des Etats-Unis, où il finit 3ème et devint ainsi le second japonais de l'histoire à monter sur un podium de Formule 1. Il devint également le premier nippon à mener une course, au Nürburgring, mais son moteur rendit l'âme alors qu'il était troisième. Mais ce jour-là, il gagna surtout l'admiration par un dépassement très osé sur l'intouchable Ferrari de Rubens Barrichello.

Mais cette saison sera beaucoup moins bonne. A Sepang, Takuma est malade et doit céder sa place à l'essayeur Anthony Davidson. A Imola, il finit 5ème, mais le team BAR est disqualifié et exclu pour 2 GP pour avoir triché en installant un second réservoir secret. Les BAR font leur retour au Nurbürgring, sans marquer de points, la voiture n'étant efficace que sur les circuits d'accélération-freinage, comme Montréal, où Takuma abandonne sur problème de frein. A mi-saison, son score et celui de BAR sont toujours vierges ! La suite de l'année ne sera qu'un long calvaire pour Takuma, totalement dominé par Button. Il causera aussi un tel nombre d'accrochages en fin de saison (Schumacher et Trulli en savent quelque chose), qu'une « Takuma » deviendra au sein du paddock synonyme d'une attaque suicide ! A la fin de l'année, BAR ne veut plus de lui, mais Honda tient à son pilote fétiche.

C'est ainsi qu'en 2006, Sato intègre l'équipe Super Aguri Honda, petite structure 100% japonaise dirigée par Aguri Suzuki et soutenue financièrement par Honda. Le team ne disposant pas de voitures aux normes de la saison 2006, c'est donc au volant d'antiques Arrows A23 de 2002 que Sato débute la saison ! Avec un tel matériel, il ne put évidemment pas briller et termina bien souvent bon dernier?quand il terminait, car la fiabilité des « Arrows-Aguri » était bien aléatoire. A partir du GP d'Allemagne, une nouvelle voiture fit son apparition. Meilleure que sa devancière, elle permit à Sato de battre quelques fois les Midland. Pour la dernière course au Brésil, il réussit même à se classer 10ème à la régulière, un vrai petit exploit !

En 2007, l'aventure s'est poursuivie brillamment pour le pilote nippon entré à deux reprises dans le Top 8.

Contraint de faire l'impasse sur certaines séances d'essais durant l'intersaison 2007-2008 - en raison de la situation financière délicate de son équipe - Takuma Sato reste convaincu de pouvoir tirer son épingle du jeu.