Em outubro de 2019, Piastri se juntou ao teste de pós-temporada do Campeonato de Fórmula 3 da FIA com a equipe campeã Prema Racing.[7] Em janeiro de 2020, a equipe italiana contratou Piastri para a disputa da temporada de 2020.[8][9] O australiano venceu o campeonato com duas vitórias e seis pódios em 18 corridas.[10]
Piastri fez uma temporada dominante onde obteve 5 pole positions consecutivas, seis vitórias durante o ano e 11 pódios. Sagrou-se campeão com 252,5 pontos, 60,5 a mais que o vice-campeão Robert Shwartzman.[12][13]
Fórmula 1
Em junho de 2022, foi relatado que Piastri estava definido para pilotar pela Williams em 2023 por empréstimo da Alpine, que deveria manter Esteban Ocon e Fernando Alonso.[14] Porém, no início de agosto, Alonso anunciou que deixaria a equipe para substituir Sebastian Vettel na Aston Martin.[15][16] No dia seguinte, a Alpine anunciou que Piastri substituiria Alonso em 2023, embora o comunicado de imprensa não continha citações do próprio Piastri.[17] Pouco tempo depois, Piastri rejeitou o anúncio da Alpine através de um publicação no Twitter, afirmando que ele não havia assinado um contrato com a equipe e que não iria pilotar para eles em 2023.[18] O chefe de equipe da Alpine, Otmar Szafnauer, criticou as ações de Piastri e a "integridade como ser humano", dizendo que esperava lealdade do ex-piloto da academia e ameaçou levar o caso do contrato ao tribunal.[19][20]
Uma audiência do Conselho de Reconhecimento de Contratos da FIA (CRB) iniciou em 29 de agosto de 2022, com a intenção de determinar se Piastri havia sido contratado pela Alpine ou se ele estava livre para se juntar a uma equipe diferente em 2023. Se a Alpine tivesse vencido o caso com o conselho, a equipe poderia ter obrigado Piastri a cumprir seu contrato e correr pela equipe em 2023, ou poderia ter buscado uma taxa de compensação pelos serviços de Piastri de qualquer outra equipe interessada.[21][22] Antes do Grande Prêmio dos Países Baixos de 2022, o CRB decidiu contra a Alpine, com a mudança de Piastri para a McLaren confirmada logo em seguida.[23][24] Em seu julgamento final, o CRB também revelou a data em que Piastri assinou formalmente seu contrato com a McLaren, que era 4 de julho de 2022 – um dia após o Grande Prêmio da Grã-Bretanha de 2022.[25] Este contrato inicialmente apenas garantia a Piastri um papel de reserva para 2023, com uma promoção para piloto titular dependente da equipe de Woking poder concordar com a rescisão do seu contrato com Daniel Ricciardo – que foi acordado antes do Grande Prêmio da Bélgica de 2022.[26] Piastri disse que uma "quebra de confiança" entre ele e Alpine estava por trás de sua decisão de deixar a equipe baseada em Enstone.[27]
McLaren (2023–)
Em 2 de setembro de 2022, a McLaren anuncia a contratação de Piastri para a disputa da temporada de 2023 da Fórmula 1, ao lado de Lando Norris e substituindo Daniel Ricciardo.[28][29][30] Com isso, em 5 de março de 2023, ele se tornou oficialmente a primeira pessoa nascida no terceiro milênio e a segunda não nascida no Século XX (a outra pessoa é o italiano Luigi Fagioli, nascido em 1898) a competir na Fórmula 1, largando para o Grande Prêmio do Barém; Piastri largou da 18ª posição e abandonou após 13 voltas.
Em 20 de setembro de 2023, foi anunciado que a McLaren havia prorrogado o contrato de Piastri em um acordo multianual que o manterá na equipe de Woking até o fim da temporada de 2026.[3] Em 7 de outubro do mesmo ano, Piastri alcançou sua primeira vitória em uma corrida sprint de Fórmula 1 no Grande Prêmio do Catar de 2023,[31] depois de se qualificar na pole position na classificação da corrida sprint pela primeira vez em sua carreira na Fórmula 1.[32] Na corrida em si, ele terminou em segundo, à frente do companheiro de equipe Norris, conquistando seu melhor resultado na Fórmula 1 e o segundo da temporada na corrida principal, bem como prêmios consecutivos de piloto do dia.[33]
Em 21 de julho de 2024, Piastri alcançou sua primeira vitória numa corrida principal de Fórmula 1, no Grande Prêmio da Hungria de 2024, com ele tornando-se o 115º vencedor de um Grande Prêmio de Fórmula 1, o primeiro piloto nascido no século 21 e o quinto piloto australiano a vencer um corrida. Mas essa vitória foi marcada por uma polêmica ordem de equipe da McLaren, que fez Lando Norris ceder a posição ao companheiro de equipe, para tentar corrigir um equívoco ao ter mandado o australiano para os boxes no momento errado, permitindo um undercut de Norris.[34]
Piastri voltou a vencer no Grande Prêmio do Azerbaijão, após ultrapassar o pole positionCharles Leclerc na vigésima volta, e com esse triunfo, mais o quarto lugar de Lando Norris, a McLaren assumiu a liderança no campeonato de construtores pela primeira vez desde 2014.[35]