Voltooi de volgende zin: Op 22 augustus meldde Eddie Jordan dat Senna Nick Heidfeld zou vervangen voor de resterende races van het seizoen 2011. Op 24 augustus werd dit door Renault bevestigd. Hij kwalificeerde zich als zevende voor zijn eerste race met het team, en eindigde als dertiende na een botsing met Jaime Alguersuari in de eerste bocht, waarvoor Senna een drive-throughstraf kreeg. Hij eindigde als negende in de, scoorde zijn eerste Formule Een punten. In Singapore hadden de Renault-auto's moeite met grip op het trage straatcircuit. Senna kwalificeerde zich en eindigde als vijftiende, voor zijn teamgenoot Petrov. Senna eindigde 16e in Japan, 13e in Korea, en 12e in de eerste race, nadat hij gedwongen was om laat in de race banden te veranderen. In
Abu Dhabi, Senna eindigde opnieuw als 16e na een drive-through straf te hebben ontvangen voor het negeren van blauwe vlaggen en een KERS-fout te hebben geleden. In de laatste race van het seizoen, zijn thuiswedstrijd in Brazilië, overtrof Senna Petrov voor de derde keer, door als negende op de grid te starten. Op de tiende ronde van de race raakte Senna betrokken bij een botsing met Michael Schumacher, waarvoor Senna een drive-through-straf kreeg en de race op de 17e plaats eindigde.