Carriera Kart e gli inizi in monoposto Nel 2005, dopo essere diventato campione nazionale dell'IKF nella categoria Yamaha 100cc, Rossi fu semifinalista nella ricerca tra i piloti americani della Red Bull, concludendo nella top 5 su oltre 2000 candidati.
Nel 2006 la Skip Barber Racing School gli assegnò la Skip Barber National Scholarship per partecipare allo Skip Barber National Championship, dove finì 3º e divenne il più giovane vincitore nel campionato della storia, all'età di 14 anni. Rossi partecipò alla Formula BMW americana nel 2007, chiudendo 3º in campionato, con tre vittorie e cinque podi alla guida di una vettura del Team Apex Racing.
Per la stagione 2008, Rossi tornò per un anno con il team due volte campione EuroInternational. Vinse il campionato, diventando il primo pilota statunitense a vincere in Formula BMW americana, con dieci vittorie in quindici gare.
Rossi completò la stagione diventando Campione del Mondo, vincendo anche le Finali Mondiali di Formula BMW nel 2008 all'Autodromo Hermanos Rodríguez a Città del Messico, battendo il debuttante Michael Christensen. Grazie a questa vittoria, Rossi fu premiato con un test per la BMW Sauber, insieme al campione della serie europea Esteban Gutiérrez.
Formula Masters Rossi decise di attraversare l'Oceano Atlantico per correre in Europa nel 2009. Scelse di partecipare alla Formula Masters con l'Hitech Racing. Dopo due round, Rossi si spostò all'ISR Racing per il resto della stagione. Vinse tre gare nel corso della stagione, tutte arrivate in gare in cui la griglia era invertita. Le tre vittorie a Brno, a Spa e a Imola, furono seconde solo a quelle di Fabio Leimer (sette) nel 2009. Grazie anche alla sesta posizione di Pål Varhaug a Imola, Rossi arrivò 4º in campionato, il meglio piazzato tra i debuttanti.
GP2 Asia Series Rossi partecipò alla GP2 Asia Series 2009-2010. Dopo aver corso per la Ocean al primo round ad Abu Dhabi, passò al Team Meritus per le restanti gare. Rossi diede subito un'ottima impressione, chiudendo 4º alla gara del debutto dopo essere partito 13º. Rossi fu solo il secondo statunitense a partecipare ai livelli della GP2 oltre a Scott Speed, che arrivò a correre in Formula 1 con la Toro Rosso nel 2006 e 2007. Si classificò 9º.
GP3 Series e World Series by Renault
Rossi si spostò nella nuova GP3 Series nel 2010, partecipando al campionato con la ART Grand Prix. Raggiunse Pedro Nunes ed Esteban Gutiérrez al team, vincendo due volte e finendo 4º in campionato.
Dopo una stagione in GP3, Rossi partecipò alla Formula Renault 3.5 del 2011, con una Fortec Motorsport. Fu raggiunto al team dal pilota brasiliano di Formula 3 italiana vincitore del campionato 2010 Cesar Ramos. Vinse la gara d'apertura a Aragón e la seconda gara a Le Castellet e concluse 3º in campionato - migliore dei piloti debuttanti - dietro ai piloti della Carlin Robert Wickens e Jean-Éric Vergne.
Rossi restò nella serie anche nel 2012, ma si spostò alla Arden Caterham Motorsport, affiancando il pilota supportato da Red Bull Lewis Williamson.
GP2 Series Rossi prese il posto del cinese Ma Qinghua a partire dal week-end del Bahrein, ossia dal 19 aprile 2013, all'interno del team Caterham ed effettuando così il suo debutto nella GP2 Series 2013. Nella stagione totalizzò quattro podi, di cui una vittoria ad Abu Dhabi, e si piazzò al nono posto in classifica con 92 punti.
Dopo aver iniziato la stagione 2014 sempre al volante della Caterham, interrompe a luglio la collaborazione col team, correndo nella gara di Hockenheim per il team Campos. Rossi non prese parte ad altri appuntamenti, chiudendo la stagione al ventunesimo posto, con 12 punti.
Nel 2015 venne ingaggiato dalla Racing Engineering. Rossi conquistò tre vittorie e il secondo posto nella classifica generale, alle spalle di Stoffel Vandoorne.
Formula 1 Rossi fu uno dei tre piloti coinvolti nel progetto mai decollato del team americano US F1, insieme a José María López e James Rossiter. Firmò per diventare collaudatore della squadra prima che questa scomparisse. Testò anche una vettura di Formula 1, la BMW Sauber del 2009, al test per giovani piloti di Jerez, come premio per aver vinto le Finali Mondiali di Formula BMW. Questo test permise a Rossi di ottenere la Superlicenza FIA. Il 9 marzo 2012, venne annunciato come collaudatore della Caterham, insieme all'altra riserva Giedo van der Garde. Al Gran Premio di Spagna 2012 guidò la vettura di Heikki Kovalainen nella prima sessione di prove libere, diventando il primo pilota statunitense a guidare durante un week-end di gara dal Gran Premio d'Europa 2007, al quale aveva preso parte Scott Speed. Nel luglio 2014 interruppe la collaborazione con il team.. Dopo l'abbandono della Caterham passò alla Marussia. Il 21 agosto la squadra russa ufficializzò il suo debutto a Spa, come sostituto di Max Chilton, ma dopo le prove libere il pilota titolare venne confermato. Dopo il grave incidente che coinvolse Jules Bianchi nel Gran Premio del Giappone, Rossi fu inizialmente iscritto come pilota al successivo Gran Premio di Russia, ma la Marussia alla fine decise, per rispetto a Bianchi, di correre con il solo Chilton. La successiva chiusura della scuderia russa non permise a Rossi di prendere parte ai successivi Gran Premi.
L'anno successivo Rossi fu nuovamente ingaggiato dalla rifondata scuderia britannica, rinominata Manor F1 Team, per correre in cinque delle ultime sette gare (quelle non coincidenti con i suoi impegni in GP2), alternandosi con lo spagnolo Roberto Merhi. Come numero di gara, Rossi scelse il 53, in omaggio al Maggiolino tutto matto della Disney.
Ad Austin eguagliò il miglior risultato stagionale della Manor, arrivando 12º: grazie ad una lunga serie di episodi, Rossi riuscì a chiudere il Gran Premio a pieni giri e per una buona porzione di gara a lottare per la zona punti. Nelle altre gare il pilota statunitense precedette più volte il compagno di squadra Will Stevens, ma la scarsa competitività della monoposto non gli consentì di ottenere risultati di rilievo.
Nonostante le buone prestazioni, la Manor, per la stagione 2016, decise di affidarsi ai debuttanti Pascal Wehrlein e Rio Haryanto, relegando Rossi al ruolo di terzo pilota. Gli scarsi risultati dell'indonesiano spinsero poi la Manor a richiamare lo statunitense come prima guida per la parte finale della stagione, che dovette però rifiutare per via dei suoi impegni in IndyCar.
IndyCar Terminata la carriera in Formula 1, dal 2016 passa nel campionato IndyCar con il team Andretti, con cui si aggiudica la 100ª edizione della 500 Miglia di Indianapolis, al suo primo tentativo. L'anno seguente ottiene un'altra vittoria, battendo Scott Dixon a Watkins Glen.
La stagione 2018 è la migliore per Rossi, ottiene ben tre vittorie e diventa vice campione dietro a Scott Dixon. Anche la stagione successiva è piena di ottimi risultati, due vittorie e diversi podi chiudendo terzo in classifica dietro a Josef Newgarden e Simon Pagenaud.
Nelle due stagioni seguenti il pilota statunitense non riesce a tornare alla vittoria, deve aspettare fino al round d'Indianapolis del 2022 dove trionfa davanti a Christian Lundgaard. Dopo sette anni con il team Andretti, dal 2023 passa al team Arrow McLaren.
Il due luglio del 2024 viene annunciata la separazione tra Rossi e la McLaren a partire dalla stagione 2025, il pilota statunitense viene sostituito dal giovane Christian Lundgaard. Per la stagione 2025 passa quindi al team Ed Carpenter Racing insieme a Christian Rasmussen.
Risultati Sommario Anno Serie Team Gare Vittorie Pole Gpv Podi Punti Pos. 2005 Skip Barber Western Regional Skip Barber Racing School 2 0 0 60 29º 2006 Skip Barber National Skip Barber Racing School 14 3 2 2 4 613 3º Skip Barber Western Regional Skip Barber Racing School 10 8 11 10 538 1º Formula TR 1600 Pro Series Odyssey Motorsports 11 4 5 6 409 7º 2007 Formula BMW americano Team Apex Racing 14 3 1 2 5 410 3º Formula BMW World Final EuroInternational 1 0 0 0 0 N/A N.C. 2008 Formula BMW americana EuroInternational 15 10 10 9 11 249 1º Formula BMW europea 2 0 0 0 0 N/A† N/A† Finali Mondiali di Formula BMW 1 1 0 1 1 N/A 1º 2009 Formula Masters Hitech Racing 16 3 0 1 5 52 4º ISR Racing 2009–10 GP2 Asia Series Ocean Racing Technology 8 0 0 0 0 12 9º MalaysiaQi-Meritus.com 2010 GP3 Series ART Grand Prix 14 2 2 1 5 38 4º Formula Renault 3.5 Series ISR Racing 1 0 0 0 0 0 N.C. 2011 Formula Renault 3.5 Series Fortec Motorsport 17 2 0 1 5 156 3º 2012 Formula Renault 3.5 Series Arden Caterham 17 0 0 4 1 63 11º Formula 1 Caterham F1 Team Collaudatore 2013 Formula 1 Caterham F1 Team Collaudatore GP2 Series Caterham Racing 20 1 1 0 4 92 9º 2014 Formula 1 Caterham F1 Team Collaudatore Marussia F1 Team Collaudatore GP2 Series EQ8 Caterham Racing 10 0 0 0 01221ºCampos Racing 2 0 0 0 0 2015 GP2 Series Racing Engineering 22 3 1 0 7 181,5 2º Formula 1 Manor Marussia F1 Team 5 0 0 0 0 0 20º † – Poiché Rossi era un pilota ospitato, non poté ottenere punti.
Risultati in GP3 Series (legenda) (Le gare in grassetto indicano la pole position) (Gare in corsivo indicano Gpv) Anno Team 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Punti Pos. 2010 ART Grand Prix ESPFEA8 ESPSPR1 TURFEA4 TURSPR3 VALFEARit VALSPRRit GBRFEA5 GBRSPR2 GERFEARit GERSPR8 HUNFEA8 HUNSPR1 BELFEA13 BELSPR2 ITAFEARit ITASPR15 38 4º
Risultati in GP2 Asia Series (legenda) (Le gare in grassetto indicano la pole position) (Gare in corsivo indicano Gpv) Anno Team 1 2 3 4 5 6 7 8 Pos. Punti 2009–10 Ocean Racing Technology ABU1FEA4 ABU1SPR5 12 9º MalaysiaQi-Meritus.com ABU2FEA6 ABU2SPR9 BHR1FEARit BHR1SPRRit BHR2FEA11 BHR2SPR5
Risultati in Formula Renault 3.5 Series (legenda) (Le gare in grassetto indicano la pole position) (Gare in corsivo indicano Gpv) Anno Team 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Punti Pos. 2010 ISR Racing ALC1 ALC2 SPA1 SPA2 MON1Rit BRN1 BRN2 MAG1 MAG2 HUN1 HUN2 HOC1 HOC2 SIL1 SIL2 CAT1 CAT2 0 N.C. 2011 Fortec Motorsport ALC11 ALC22 SPA17 SPA27 MNZ117 MNZ22 MON1Rit NÜR1Rit NÜR2Rit HUN12 HUN25 SIL13 SIL2SQ LEC116 LEC21 CAT14 CAT27 156 3º 2012 Arden Caterham ALC1Rit ALC25 MON13 SPA111 SPA2Rit NÜR118 NÜR29 MOS117† MOS25 SIL1Rit SIL25 HUN19 HUN28 LEC122 LEC216 CAT119 CAT25 63 11º † - Non ha finito la gara, ma è stato classificato per aver completato più del 90% della distanza.
Risultati in GP2 Series (legenda) (Le gare in grassetto indicano la pole position) (Gare in corsivo indicano Gpv) Anno Team 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Punti Pos. 2013 Caterham Racing MYSFEA MYSSPR BHRFEA3 BHRSPR20 ESPFEA6 ESPSPR6 MONFEARit MONSPR19 GBRFEA10 GBRSPR9 GERFEA11 GERSPR6 HUNFEA13 HUNSPR16 BELFEA3 BELSPR22 ITAFEA8 ITASPR2 SGPFEARit SGPSPR23 ABUFEA1 ABUSPRRit 92 9º 2014 EQ8 Caterham Racing BHRFEA22 BHRSPR25 ESPFEARit ESPSPR14 MONFEA16 MONSPR11 AUTFEA8 AUTSPR5 GBRFEA12 GBRSPR21 12 21º Campos RacingGerFEARitGerSPR7 HUNFEA HUNSPR BELFEA BELSPR ITAFEA ITASPR RUSFEA RUSSPR ABUFEA ABUSPR 2015 Racing Engineering BHRFEA3 BHRSPR4 ESPFEA3 ESPSPR4 MONFEA2 MONSPR7 AUTFEA6 AUTSPR8 GBRFEA2 GBRSPR4 HUNFEA12 HUNSPR20 BELFEA6 BELSPR1 ITAFEA1 ITASPRRit RUSFEA1 RUSSPR6 BHRFEA18 BHRSPR9 ABUFEA4 ABUSPRC 181,5 2º
Risultati in Formula 1
Risultati in IndyCar