Гоночная карьера
Формула БМВ
После обучения в картинге Буэми провел 2004 и 2005 годы в немецкой Формуле-БМВ, заканчивал чемпионат на третьем и втором месте соответственно.
Формула-3
Вслед за участием в одном этапе Испанской Формуле-3 в 2005 году, Буэми гонялся в Евросерии Формулы-3 в 2006 году, закончил чемпионат на 11 месте. Он продолжил участие в 2007 году, и по итогам чемпионата занял второе место. Также он участвовал в Формуле-3 Мастерс и Гран-при Макао.
А1 Гран-при
В сезоне 2006—2007 гонок А1, Буэми выступал за команду Швейцарии вместе с Нилом Яни и Марселем Фасслером. Команда заняла 8 место в чемпионате.
Серия GP2
Буэми заменил травмированного Михаэля Аммермюллера (ART Grand Prix) на этапе в Монако в сезоне 2007. Он неплохо справился с дебютом в GP2, квалифицировался четвёртым и финишировал седьмым. Он получил место в команде Arden International в сезоне 2008 GP2 Asia, и финишировал вторым, выиграл одну гонку и четыре раза занимал второе место. Он продолжил выступать с этой же командой в сезоне 2008. Он заработал первую победу в основной серии в воскресном спринте во Франции, стартовав 21 со стартовой решетки (после технических проблем в субботней гонке) на сликах на подсыхающей трассе. Он выиграл еще одну гонку и завершил сезон на шестой позиции.
Формула-1
18 сентября 2007 года он принимал участие в тестовой сессии на Red Bull RB3 в Хересе. Он был в тройке быстрейших по итогам дня, позади Тимо Глока (BMW) и Витантонио Льюцци (Toro Rosso), но он оказался впереди Рубенса Баррикелло (Honda) и Нельсиньо Пике (Renault).
16 января 2008 года Red Bull подтвердила Буэми в качестве тест и запасного пилота в сезоне 2008 года.
На Гран-при Японии 2008 года, Буэми управлял медицинским автомобилем так как у обычного водителя Жака Тропенэ болели уши.
19 сентября 2008 года Toro Rosso анонсировала Буэми наиболее вероятным кандидатом на место в команде на сезон 2009 . О заключении контракта объявили 9 января 2009 года Он будет первым швейцарским пилотом за долгое время, последним является Жан-Дени Делетра принимавший участие в Гран-при Европы 1995 года.
Уже в своей первой гонке в Австралии, Буэми смог заработать свое первое очко, а после дисквалификации Хэмилтона целых два. На дождевом Гран-при Китая он смог довести свой очковый счёт до трёх.
