Amikor először Európába jött, még senki nem ismerte, de csapatfőnökei, és versenyzőtársai hamarosan meglátták benne azt a pluszt, ami a legjobbá váláshoz szükséges.

Élete első Forma-1-es tesztjén Frank Williams autóját próbálhatta ki, amit egy az akkori Toleman csapattal kötött szerződés követett 1984-ben.

Az 1984-es évben óriási esőben majdnem megnyerte a Monaco-i Nagydíjat, amelyen végül második lett Alain Prost mögött, miután Jacky Icx az eső miatt leállította a futamot épp abban a körben, amikor Senna megelőzte Prostot. A szabályok értelmében a versenyt az előző körben még vezető Prost nyerte.

Első győzelmét az 1985-ös Portugál Nagydíjon Estorilban szerezte, az 1984-es monacoi versenyhez hasonló időjárási körülmények között. Esőben mutattott képességei miatt méltán érdemelte ki az esőmenő jelzőt.

1988-ban a McLaren csapathoz szerződött, ahol eleinte Alain Prost csapattársaként, majd később Gerhard Berger, Michael Andretti és Mika Hakkinen oldalán legnagyobb sikereit aratta.

Világbajnoki címet 1988-ban, 1990-ben és 1991-ben nyert a McLaren-Honda színeiben. Élete utolsó győzelmét 1993-ban szeretett csapata, a McLaren számára szerezte.

1994-ben a Mclaren egyre gyengülő teljesítménye miatt a Williamshez szerződött, ezzel mintegy bezárva Forma-1-es pályafutását az első Williams-es teszttől az utolsó Williams-es versenyig.

Tragikus halálát máig tisztázatlan körülmények között, de minden valószínűség szerint műszaki hiba miatt 1994. május 1-jén Imolában okozta az az emlékezetes baleset, amely a Forma-1 biztonságával kapcsolatos kérdések áradatát indította el.

Pályafutása során összesen 161 versenyen indult, 41 győzelmet aratott, 80 alkalommal állhatott a dobogóra, 65 versenyen indulhatott a rajtrács első kockájából és 614 pontot gyűjtött.