Отец Алонсо сконструировал ему карт, когда ему было всего два года. В 13 лет (1993) Алонсо выиграл свой первый чемпионат Испании по картингу среди юниоров, в 1996 стал четырехкратным обладателем этого титула, добавив к нему еще и звание чемпиона мира. В 1997, помимо национального чемпионата, испанец одержал победу и в чемпионате Италии, а в 1998 стал вице-чемпионом Европы. В 1999 Алонсо пересел из карта в формульный болид, что произошло на открытом чемпионате Европы Формула-Nissan, который Фернандо уверенно выиграл с результатом 6 побед и 9 поулов. Следующим этапом стала серия Формула-3000, в которой Алонсо выступал за команду Astromega. Во второй половине сезона в Спа-Франкоршам он одержал победу и стал в серии четвертым. Фернандо выступал в Формуле-3000 на машине Lola, и параллельно был официальным тест-пилотом Формулы-1 в команде Minardi.

За команду Minardi в 2001 Алонсо дебютировал в Формуле-1 на Гран-при Австралии. Лучшим его результатом стало десятое место в Германии, и этого оказалось достаточно, чтобы на новый сезон Флавио Бриаторе пригласил его тест-пилотом в команду «Рено», с шансом войти через год в состав основной команды. Все так и случилолось, и в 2003 Фернандо провел удачный дебютный сезон за рулем боевого R23, выиграв в августе в Венгрии свой первый Гран-при. Сезон он закончил на шестом месте, с 55 очками и четырьмя подиумами. В сезоне 2004 испанец остался в "Рено", но еще раньше в недрах команды было принято решение ограничить развитие болида R24 на уровне "только то, что необходимо" вместо того, чтобы выжимать каждую тысячную секунды. По логике вещей, в 2004 году у Renault даже не было шансов выиграть титул (конструкторы решили сконцентрироваться на вновь вводимых в 2005 по инициативе президента FIA Макса Мосли двигателе, шинах и правилах в области аэродинамики). Поэтому "не самый лучший" R24 не позволил испанцу в 2004 войти в круг победителей. Хотя и без побед, год Алонсо закончил просто блестяще, на четвертом месте, с 59 очками и четырьмя подиумами. В последних гонках сезона он был особенно в ударе, уверенно переигрывая нового коллегу по команды Жака Вильнева (чемпиона мира 1997), заменившего Ярно Трулли в последних трех гонках.

В 2005 уже вначале Алонсо показал себя серьезным претендентом на титул. Со второй гонки сезона он начал в чемпионате лидировать, а выиграв финальный Гран-при в Шанхае (опередив на финише главного конкурента, финна Кими Райкконена, на 4 секунды), обеспечил тем самым «Рено» победу в Кубке конструкторов, и сам стал самым молодым чемпионом мира за всю историю Формулы 1. При этом покончил с 5-летним доминированием Михаэля Шумахера. Впрочем, как уже стало известно, в сезоне 2007 "волшебник-испанец" будет выступать за команду McLaren.