Buemi competiu no Campionato Mundial de Resistencia da FIA con Toyota Gazoo Racing (anteriormente Toyota Racing) desde 2012. Converteuse no campión do mundo de resistencia de 2014 na clase LMP1. Gañou as 24 Horas de Le Mans de 2018 e, posteriormente, o Campionato WEC 2018-19. Tamén gañou o 2019
2020 e 24 Horas de Le Mans.