Avant d’accéder à la F1, les pilotes passent par les formules de promotions. Certains suivent un chemin logique, allant de la Formule Renault au GP2 par exemple, tandis que d’autres choisissent un chemin différent. Nelson Piquet jr, premier champion de l'histoire de la Formule E, n'a pas eu un parcours facile. Malgré l'aide de son père, son ascension vers la F1 n'a pas été facile.

C'est en 2001 que Nelson Piquet Jr participe pour la première fois à un championnat de monoplace. Avec l'équipe Piquet Sports, le brésilien, né en Allemagne, termine 5e du championnat sud-américain de F3, avec 77 points mais surtout une pole position et une victoire.

En 2002 il poursuit sur sa lancée, remportant le titre avec 13 victoires et 16 pole positions en 17 courses. Il s'essaie également à la Formule Renault 2.0 le temps d'une seule course.

Il prend ensuite la direction du vieux continent en 2003. Pilote d'essais de l'équipe Williams F1 dès cette année, il participe au championnat de F3 anglaise. Avec 6 victoires et 8 pole positions, il termine sur la 3e marche du podium, toujours avec l'équipe Piquet Sports. Le Grand Prix de Macao s'achèvera sur une 8e place. Mais une 3e place au Super Prix de Corée et une 2e place aux Masters de F3 closent cette saison en beauté.

L'année suivante, il poursuit son parcours en F3 anglaise, où il termine champion en remportant 6 courses et signant 5 pole positions. Mais le reste ne sera pas une réussite avec un abandon au Super Prix de Bahreïn ; une 8e place aux Masters ; une 10e place au Grand Prix de Macao ; et un abandon pour sa seule course en Porsche Super Cup.

En 2005, il devient pilote d'essais de l'équipe BAR et se lance également dans le GP2. Toujours avec l'équipe Piquet Racing (associée à Hitech), il termine 8e avec une seule victoire d'un championnat remporté par Nico Rosberg.

Pilote d'essais pour l'équipe Renault en 2006, le brésilien persiste en GP2. Vice-champion avec 4 victoires, il ne peut battre Lewis Hamilton. Il s'essaie également aux 24h du Mans en GT1 et termine au pied du podium.

Le brésilien ne sera pas plus en réussite avec le championnat A1GP, où 2 victoires et 2 pole positions l'amènent à la 6e place. Puis, il se consacre alors pleinement à son rôle de pilote d'essai en 2007. La saison suivante, il deviendra pilote titulaire chez Renault aux cotés de Fernando Alonso.