Buemi konkuris en la FIA World Endurance Championship kun Toyota Gazoo Racing (antaŭe Toyota Racing) ekde 2012. Li iĝis la Monda Ĉampiono pri Eltenivo en 2014 en la klaso LMP1. Li gajnis kaj la 2018 24 Horoj de Le Mans kaj, poste, la 2018-19 WEC Ĉampioneco. Li ankaŭ gajnis la 2019-an
kaj la 24-horan vetkuron de Le Mans en 2020.