Kamui Kobayashi nasceu em Amagasaki, Japão, em 13 de setembro de 1986.

Começou a carreira no kart, em 1996, aos nove anos. Já em 2003, chegou em segundo lugar na Fórmula Toyota. Nos anos seguintes, passou a disputar a Fórmula Renault em campeonatos realizados na Ásia, Itália, Alemanha e Países Baixos.

Foi campeão italiano e europeu em 2005. Permaneceu na categoria até 2008, quando passou a ser piloto de testes da Fórmula 1, pela Toyota, e a competir na GP2.

Em 2009, faturou o campeonato da GP2 Asia. Neste mesmo ano, após a batida de Timo Glock na última sessão de treinos livres do GP do Japão, a Toyota solicitou à FIA permissão para que Kobayashi participasse da corrida, mas o pedido foi negado.

Assim, Kobayashi fez sua primeira corrida na Fórmula 1 no GP do Brasil, em 18 de outubro de 2009. Terminou a prova em nono lugar. Suas batalhas com Jenson Button, que conquistou o título em Interlagos, surpreenderam a todos.

Correu pela segunda vez no GP de Abu Dhabi e ganhou seus primeiros pontos, terminando a corrida na sexta colocação. Novamente, o japonês se destacou em disputas com Button.

Com a saída da equipe Toyota da Fórmula 1, Kobayashi foi contratado pela Sauber para disputar a temporada de 2010.  O piloto não terminou 8 das 19 provas do campeonato, por causa de falhas do carro e acidentes durante o percurso.

Marcou o primeiro ponto do ano na Turquia, e chegou em sétimo após ultrapassar Fernando Alonso e Sebastien Buemi nas últimas voltas do GP da Europa. Diante da torcida japonesa em Suzuka, deu show ao realizar seis ultrapassagens. Acabou a temporada em 12º lugar, com 34 pontos.

No ano seguinte, dividiu as atenções da equipe com o competente novato Sergio Perez, mas ainda assim fez a maioria dos 44 pontos da equipe, marcando 30 com resultados como o quinto lugar no GP de Mônaco e as sétimas colocações de Malásia e Canadá. Faz em 2012 suas terceira temporada como piloto titular.