Ele nasceu em Le Mans no dia 28 de fevereiro de 1979 e desde cedo passou a conviver com o mundo da velocidade devido às participações do pai, Patrick, em diversos tipos de corrida como as provas de turismo e as 24 horas de sua cidade natal. No natal de 1989, ganhou de seu pai e de sua mãe, Jocelyne, um kart. A partir daí ele deixou de apenas conviver para viver no universo das pistas. Sua carreira no kart teve como resultados mais expressivos o título da Liga Maine-Bretagne e do sétimo lugar no campeonato francês de 1991, a quarta colocação na categoria cadete do campeonato francês em 1992 e foi vencedor da liga francesa em 1993.

Seguindo o caminho natural dos pilotos, migrou para as competições de carro. Estreou em 1995 na Fórmula Campus, onde obteve três pódios e a nona colocação geral. Apesar do upgrade de categoria, não dispensou a oportunidade de disputar as 24 horas de Le Mans de kart de 1996 e a venceu. No mesmo ano ingressou na Fórmula Renault, mas não passou do sétimo lugar. Na temporada seguinte, ele tinha tudo para conquistar o título da Fórmula Renault, porém teve problemas mecânicos e acidentes nas últimas três provas e precisou se contentar com o vice-campeonato depois de obter quatro vitórias, 11 pódios e cinco pole positions.

Em 1998, passo a competir na Fórmula 3 francesa. Bourdais terminou em sexto, mas levou para casa o troféu de novato do ano. Mais experiente, conquistou o título da categoria na temporada seguinte com oito vitórias. Ainda em 1999, Sébastien começa a disputar as 24 horas de Le Mans. Na primeira experiência na famosa prova com os porsches e praticamente no quintal da sua casa, o francês teve problemas de motor e abandona a corrida depois de 11 horas. No ano 2000, voltou às 24h com a equipe Pescarolo Sport e chegou em quarto lugar, mas sua dedicação maior estava direcionada para a Fórmula 3000, sua primeira competição internacional. A temporada de estréia na nova categoria foi difícil e Bourdais fechou o ano em nono lugar, com apenas um pódio no currículo, guiando o carro da Prost Grand Prix Junior Team.

 Em 2001, agora na equipe Dams, a história foi um pouco melhor. Subiu ao pódio em três etapas, conquistou uma vitória e terminou na quarta colocação. O desempenho lhe rendeu a possibilidade de negociar com uma equipe melhor. Nas 24 horas de Le Mans, voltou a ter problemas com o carro e não completou a prova. Quando a temporada de 2002 estava prestes a começar, o francês ainda não havia fechado contrato com escuderia alguma da Fórmula 3000. Faltavam três semanas para o início da disputa quando Bourdais assinou com a Super Nova. Apesar de ter sido realizada na última hora, a parceria deu certo. Sébastien conquistou três vitórias e o título da categoria.

O ano também foi bom nas outras categorias que contavam com a presença do francês: venceu as 24 horas de Spa, foi o quarto no campeonato de carros esporte da FIA com a Pescarolo Sport (venceu em Barcelona e em Spa-Francorchamps) e 10º nas 24 horas de Le Mans. Seu incansável trabalho nas pistas chamou a atenção de Tom Walkinshaw, dono da extinta escuderia Arrows, que lhe deu a oportunidade de testar um Formula 1 pela primeira vez, em Valência. A equipe chega a acenar com a possibilidade de ele guiar para ela na temporada 2003, porém a equipe acaba falindo e o contrato é rompido. Meses depois, Sébastien testa a Renault, em Jerez de la Frontera, mas não chega a nenhum acordo com a escuderia francesa.

Sem chances na Fórmula 1, Bourdais decide tentar a sorte nos Estados Unidos. É contratado pela Newman-Hass Racing Team para disputar a Champ Car por um ano, depois de testar no circuito de Sebring. Nas três primeiras corridas, registra duas pole positions. Venceu três etapas ao longo da temporada, foi o quarto melhor colocado e eleito o novo do ano. Por conta do calendário americano, não pôde disputar as 24 horas de Le Mans. Como uma espécie de prêmio de consolação, o francês dos 1000 quilômetros no circuito famoso e chegou em segundo. A vontade de vencer na cidade natal fez com que ele conseguisse encaixar mais uma participação nas 24 horas em 2004. Com o sucesso conquistado na Champ Car, chega como favorito. Não consegue, no entanto, triunfar em casa.

O infortúnio em Le Mans pareceu dar ainda mais motivação a Bourdais. O francês venceu sete provas da categoria norte-americana naquele ano e oito pole positions, tornando-se o campeão daquele ano. Era apenas o começo da Era Bourdais na Champ Car. De contrato renovado com a Newman-Hass Racing Team, Sébastien conquistou mais três títulos na categoria, o que não ocorria desde 1948. Em 2007, assinou com a Toro Rosso para ser piloto de testes da equipe, preferindo permanecer nos Estados Unidos. No dia 10 de agosto foi anunciado como piloto titular da escuderia para 2008. No dia 21 de outubro, conquistou o quarto título consecutivo nos EUA.

O sucesso longe da Europa resultou ainda na publicação do livro Sebastien Bourdais, exil gagnant (a winner in exile), escrito por Laurent-Fréderic Bollée e Henri Suzeau, narrando a trajetória do piloto no que eles chamam de “exílio”. Bourdais mora em Tampa Bay, na Flórida, com a mulher (Claire) e a filha (Emma). Entre seus hobbies estão mountain biking, correr, assistir filmes e nadar. Adora ouvir música e é fã das bandas U2, Radiohead e Queen.